聚乙烯醇辅助合成暴露{001}面TiO2晶体及其性能研究

Polymer/semiconductor nanocomposite materials have wide applications in the field of energy and environment. The present application mainly focuses on polyvinyl achol(PVA)/TiO2 nanocomposite films and aims to obtain novel highly transparent and visible-light responding polymer/TiO2 composite photocatalysts. The adsorption and stabilizing effect of PVA chains on {001} facets of anatase TiO2 will be investigated. Also, the mechanism of in-situ formation of {001} facets exposed anatase TiO2 within PVA matrix will be explored. Controlling in-situ growth of anatase TiO2 within PVA will be achieved by tuning the hydrothermal or solvothermal condition. The affect of structure, content and dispersion of anatase TiO2 nanoparticles on transparency and refractive index will be determined. Cross-linking technology will be used to improve the water resistance, photo-stability and recycling. This project will indicate the mechanism of polymer-associated growth of nanoparticles with high active facets and the research results will provide theoretical basis and application basis for polymer/TiO2 nanocomposites in the field such as solar cell, photodegradation of organic pollutant and hydrogen generation from photocatalytic water splitting, etc.

聚合物/无机半导体纳米复合材料在能源和环境等领域具有广泛的应用前景，本项目以聚乙烯醇/二氧化钛纳米复合薄膜为研究对象，通过调控结构与组成，获得新型高透明、可见光响应的聚乙烯醇/TiO2复合光催化材料。研究聚乙烯醇在二氧化钛溶胶粒子表面的吸附及其辅助合成高比例暴露{001}晶面锐钛矿TiO2的机制。通过调控水热反应条件，研究二氧化钛纳米粒子在聚乙烯醇内部原位生长规律，实现结构、尺寸和形貌的可控生长。研究TiO2纳米粒子的结构、含量和分散对纳米复合薄膜透光率和折光指数的影响，采用交联技术对纳米复合薄膜进行改性，提高其耐水性、光稳定性及循环使用性能。项目预期将揭示聚合物辅助合成暴露高活性晶面纳米粒子的实现途径和机理，项目研究成果可以为聚合物/二氧化钛纳米复合材料在诸如太阳能电池、光催化降解污染物及光解水制氢等领域的基础与应用研究提供实验依据。

二氧化钛是一种性能优良的半导体材料，被广泛用于光催化、传感器、燃料敏化太阳能电池和锂离子电池等领域。二氧化钛存在多种晶型，常见的有锐钛矿型、金红石型、板钛矿型和TiO2(B)。晶型和形貌对其性能的影响至关重要。另外，TiO2作为光催化剂在实际应用中存在着回收困难、难以循环利用等问题。.本项目以可溶性二氧化钛干凝胶为前躯体，采用水热合成法，调节合成工艺，得到了形貌丰富的不同晶型的二氧化钛，包括大米粒状耐高温锐钛矿型二氧化钛、长方体形板钛矿二氧化钛和环状TiO2(B)，成功实现了晶型和形貌的调控，确定了多种晶型二氧化钛的具体制备方法。在此基础上，以水溶性聚合物聚乙烯醇为载体，制备了高透明聚合物纳米复合光催化薄膜，通过热处理改性技术，改善了复合薄膜的使用性能和光催化活性，大大提高了回收循环使用性能。.研究工作按照项目计划任务书的要求完成，取得了一系列成果。目前已掌握不同形貌、不同晶型二氧化钛的合成方法和高透明聚合物/二氧化钛纳米复合薄膜的制备技术，，明确了聚合物/二氧化钛纳米复合薄膜光催化降解有机物的影响规律。