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TiO2作为n型半导体,具有光催化活性高、无毒、反应速度快和消除二次污染等特点,广泛应用于环境污染和水处理等方面,是一种新型的无机功能材料。探索用新方法、新工艺合成高活性TiO2光催化剂是人们近年来研究的热点方向之一。本论文研究了冲击波作用下TiO2的相变及其光催化活性,旨在利用冲击波加载技术的特点,探索制备高活性TiO2光催化剂的新途径,并为扩大冲击波技术的应用领域提供依据。
研究中,设计并加工了可控爆轰平面加载样品回收装置,使用结果表明,该装置结构合理、能确保样品完整回收,且操作方便、安全可靠。针对该装置进行了冲击压力、温度和加载时间估算,本实验实现的冲击条件为:飞片速度为2.27km/s,入射压力为49.83GPa,作用在TiO2样品中的冲击压力为11.17GPa,冲击温度为3600K及加载时间为1.75μs。以锐钛矿相TiO2粉体和采用溶胶—凝胶法制备的干凝胶为原料,进行冲击波处理,通过多种测试分析手段对冲击相变前后粉体的结构和性能进行了分析表征,结果表明,利用冲击波手段制备金红石相TiO2粉体在技术上是可行的,冲击波作用的瞬时性能够有效地抑制晶粒的生长,晶粒细小、均匀,并对TiO2粉体的冲击相变机理进行了初步探讨。
对冲击相变前后的TiO2粉体进行了光催化活性研究,结果显示TiO2粉体的光催化反应符合L-H方程中的一级反应动力学模型,冲击相变后粉体的光催化反应速率较冲击前提高了0.5至2倍。同时与采用溶胶—凝胶法制备的Ti2粉体进行了对比研究。