二氧化钛、二氧化锡、钛酸锶纳米复合材料的制备及光催化性能研究

发布时间：2019-11-07 02:40

【摘要】：近年来,水污染问题已成为全球发展面临的重大难题。水污染物中占相当大比例的是有机污染物,主要来源于工业废水,生活污水,食品加工,医药农药生产等,这类废水有机污染物含量很高且难分解,如稠环芳香烃、酚类化合物、卤代烃等。化学方法是处理水污染物中最为有效的方法,利用化学物质的氧化还原性将有害物质转化为无害物质。纳米半导体光催化材料因其高效、低成本、无二次污染等优点成为近些年研究的热点。但目前常见的半导体材料如二氧化钛(TiO_2)、二氧化锡(SnO_2)、钛酸锶(SrTiO_3)等有几个缺点限制其应用,一是单相结构导致光生载流子容易复合,二是宽的禁带带隙,使得光吸收范围狭窄,大部分仅对太阳光中约占5%的紫外光区具有吸收。TiO_2、SnO_2、SrTiO_3的异质结构可以有效地拓宽这些半导体材料的吸收光范围,本论文利用表面氧化还原方法构建该类材料的纳米半导体异质结构,并进行光催化方面的研究。本论文的主要研究内容如下:1.采用简单的水热法成功合成了锐钛矿-金红石两相共存的TiO_2纳米带。对XRD图谱进行分析,结果显示所合成的纳米带结晶性好,主干部分为锐钛矿。透射电镜照片显示TiO_2纳米带的直径约为100nm-200nm,具有大的比表面积。以TiO_2纳米带为基质,在常温下通过氧化还原方法制备了异质结材料TiO_2/Cr2O_3和TiO_2/Fe2O_3。通过TiO_2、TiO_2/Cr2O_3和TiO_2/Fe2O_3光催化降解亚甲基蓝考察异质结材料的光催化活性,测试结果显示,当50W氙灯照射五小时,TiO_2降解率为56.7%,TiO_2/Cr2O_3降解率达到79.0%,TiO_2/Fe2O_3降解率为68.3%,异质结材料的光催化性能显著提高。这主要归因于电子传输效率和电子-空穴分离效率的改善。2.以商品化的纳米SnO_2为基质材料,利用氧化还原方法制备了SnO_2/Cr2O_3、SnO_2/Fe2O_3纳米颗粒异质结构。采用XRD,SEM,TEM,EDS,HRTEM等表征手段分析了纳米材料的结构。结果表明Cr2O_3、Fe2O_3覆盖在SnO_2表面,形成异质结。通过SnO_2、SnO_2/Cr2O_3、SnO_2/Fe2O_3光催化降解亚甲基蓝来考察纳米材料的光催化性能。在50W氙灯下照射五小时,SnO_2及其异质结材料中光降解亚甲基蓝SnO_2/Fe2O_3光催化活性最高,5小时的降解率达到86.9%,SnO_2/Fe2O_3次之,降解率为69.4%,纯态SnO_2的降解率最低为58.6%。光催化降解结果显示,与纯态SnO_2相比,制备的异质结材料对亚甲基蓝的降解效率更为突出。3.选取P25为钛源,氢氧化锶为锶源,水热法合成SrTiO_3纳米颗粒。以SrTiO_3纳米颗粒为基质材料,利用氧化还原方法成功制备了SrTiO_3/Cr2O_3、SrTiO_3/Fe2O_3异质结材料。并通过XRD、SEM及HRTEM等表征手段进行结构表征,通过SrTiO_3/Cr2O_3、SrTiO_3/Fe2O_3降解亚甲基蓝分析光催化活性。在50W氙灯照射下,SrTiO_3/Cr2O_3、SrTiO_3/Fe2O_3降解效率分别为69.5%、75.4%均高于纯态SrTiO_3的62.2%。研究发现,半导体材料的电子传输效率和电子-空穴分离效率的改善能提高光催化效率。综上所述,本文采用氧化还原方法合成的半导体异质结材料在光催化降解方面具有良好的性能。合成方法简单,光催化性能高使其具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;O644.1;TB332

【参考文献】