二氧化钛纳米复合颗粒的激光控制合成研究

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TiO2纳米颗粒作为光催化剂由于化学性质稳定、成本低、无毒等优点,被认为是最有前景的光催化剂。但是由于TiO2禁带较宽,只能吸收太阳光中的紫外部分,限制了TiO2光催化剂的效率,而且光生电子和空穴容易复合,光催化效果不显著。复合半导体材料是提高TiO2光催化效率的有效手段之一,把纳米Fe2O3复合进入TiO2粒子,形成Fe2O3/TiO2复合纳米颗粒,可有效改善其光催化性能和磁性,成为国内外研究的热点课题之一。激光技术是研究和制备金属及其氧化物纳米颗粒材料的重要方法之一,研究Fe2O3/TiO2复合纳米颗粒激光可控制备技术具有重要的科学研究意义和实际应用价值。  基于现有激光合成纳米颗粒材料存在的优缺点,本文研究了一种TiO2纳米复合颗粒的脉冲激光气相蒸发-液相收集控制合成的新方法。采用透射电子显微镜(TEM)、X光衍射(XRD)、红外光谱、UV光谱检测的测试技术,对实验制备的样品的形貌、组织结构、光吸收性能及其合成机理等进行了系统研究。结果表明,用气相蒸发-液相收集激光法制备的Fe2O3/TiO2纳米粉末颗粒细小均匀,形状完整,外观呈球形,呈链状连接,平均粒径约为40nm。通过对该种纳米材料激光控制合成的研究,证实了气相蒸发-液相收集激光法在制备纳米氧化物和纳米磁性材料的可行性。  通过对样品在800-200nm区间的光谱扫描,发现Fe2O3复合扩展了TiO2对可见光的吸收波长,使其光谱影响范围发生了一定程度的红移,从而提高材料的光催化性能。  对Fe2O3/TiO2纳米颗粒的磁性性能的测试显示,随着Fe2O3含量的增加,复合颗粒的磁饱和强度随之增加,这就使得在实际应用中以往难以解决的纳米TiO2的分离与回收问题容易解决。纳米颗粒的形成机制是脉冲激光诱导靶材产生含靶材成分的等离子体,在气相中均匀成核、长大,在载气N2的带动下进入液相中进一步生长为纳米颗粒,生长以凝并方式为主。
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