硼酸功能化TiO 2 与Ni-NiO纳米异质面的制备及其光催化性能研究
发布时间：2021-08-22 00:41
光催化技术在解决环境污染问题和缓解能源危机方面具有重要研究价值。近年来通过改性传统光催化剂、开发新型光催化剂以及改善光催化实验条件等方法来提升光催化性能成为研究热点。基于此,本文研究制备了两种不同的光催化剂,并将其应用于光催化降解有机污染物和光催化产氢两方面,样品表现出优异的催化性能。对于促进光催化领域的研究及发展具有重要意义。本论文研究内容如下:（1）首先,本文以钛酸四丁酯、无水乙醇和硼酸为原料,利用水热法制备了系列硼酸功能化TiO2光催化剂（TiO2-xB-y）。所得样品通过TEM、SEM、XRD、Raman、氮气吸脱附实验、UV-vis、XPS以及NH3-TPD等多种测试手段进行了表征。结果表明:硼酸用量及煅烧温度是影响TiO2光催化剂结构特征的重要因素。硼酸不仅在水热过程中脱水促进了钛酸四丁酯的水解,而且在煅烧过程中,硼酸还起着固体模板支撑TiO2的作用,以生成具有大比表面积和孔结构的催化剂;同时适量的硼酸有利于制备出具有高（001）/（101）晶面比的TiO...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化反应原理图
第一章绪论3图1-1光催化反应原理图依据光催化反应原理，半导体的带隙决定其光学吸收性能，若想实现对可见光的应用，则半导体光催化剂的禁带宽度必须符合要求。半导体的光吸收阈值λg（nm）与禁带宽度Eg（eV）之间的关系为λg（nm）=1240/Eg（1.1）从公式1.1中可以看出，半导体的禁带宽度Eg越小，光吸收阈值λg越大，越有利于吸收可见光。太阳光谱中，可见光的波长范围为380nm~780nm，根据图1-2所列的禁带宽度Eg与光吸收阈值λg的理论对应关系可知，若想充分利用可见光作为光催化的能量来源，半导体催化剂的禁带宽度应小于3.3eV，考虑到实际应用过程中的不确定因素，理想的可见光半导体催化剂的禁带宽度小于3.0eV。图1-2半导体光催化剂的禁带宽度Eg与光吸收阈值λg的理论对应关系图
第一章绪论7还有共掺杂方法来改性催化剂。共掺杂分为金属与金属元素之间的共掺杂，非金属与非金属元素之间的共掺杂，此外，金属元素与非金属元素之间也可共掺杂，其特点是改变催化剂导带及价带，进而提升氧化还原能力。Zhuang等人研究Sn和N掺杂剂的协同作用，以增强在可见光或模拟太阳光照射下锐钛矿型TiO2的光催化性能[35]。1.6.2染料敏化鉴于一些半导体结构带隙较宽（例如TiO23.2eV），仅对紫外区的光有响应而不能利用可见光。通过染料敏化拓宽光催化剂的光响应范围是光催化剂改性的有效途径之一[36,37]。其机理是光催化剂吸附染料至其表面，表面的染料吸收可见光到达激发态，激发态的氧化还原电势通常低于基态，当激发态电势比半导体CB电势更低时，激发电子将转移至半导体材料CB上，从而提升光催化反应效率[38]。此外，在染料受光激发过程中，并没有光生空穴的产生，故而避免了光生载流子的复合问题。染料敏化半导体系统在降解有机污染物及光催化分解水产氢产氧等方面应用广泛。Man等人开发了以过渡金属（Mo、Mn、Fe、Co）掺杂的Ni2P纳米粒子催化剂，当不加入[Ru(bpy)3](ClO4)2为光敏剂时，NiFeP无产氢活性，而光敏剂的加入使过渡金属掺杂的Ni2P纳米粒子表现出优异的产氢活性[8]。1.6.3构成半导体异质结图1-2（a）异质结型光催化反应机理；（b）Z型异质结光催化反应机理构建异质结构可以弥补单组份催化剂的活性不高的缺点而显著提升催化剂性能[10,39,40]。根据导电类型不同，异质结可以分为同型异质结（N-n型结或P-p型结）和异型
【参考文献】：
期刊论文
[1]结晶度,{001}/{101}晶面比和Au负载对热处理TiOF2制备的锐钛矿TiO2光催化活性的影响（英文）[J]. 王江炎,刘保顺,中田一弥. 催化学报. 2019(03)
[2]光催化分解水体系和材料研究[J]. 李敦钫,郑菁,陈新益,邹志刚. 化学进展. 2007(04)
硕士论文
[1]pH值对光催化降解水中苯酚和氯酚的影响[D]. 吕洋.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3356651
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光催化反应原理图
第一章绪论3图1-1光催化反应原理图依据光催化反应原理，半导体的带隙决定其光学吸收性能，若想实现对可见光的应用，则半导体光催化剂的禁带宽度必须符合要求。半导体的光吸收阈值λg（nm）与禁带宽度Eg（eV）之间的关系为λg（nm）=1240/Eg（1.1）从公式1.1中可以看出，半导体的禁带宽度Eg越小，光吸收阈值λg越大，越有利于吸收可见光。太阳光谱中，可见光的波长范围为380nm~780nm，根据图1-2所列的禁带宽度Eg与光吸收阈值λg的理论对应关系可知，若想充分利用可见光作为光催化的能量来源，半导体催化剂的禁带宽度应小于3.3eV，考虑到实际应用过程中的不确定因素，理想的可见光半导体催化剂的禁带宽度小于3.0eV。图1-2半导体光催化剂的禁带宽度Eg与光吸收阈值λg的理论对应关系图
第一章绪论7还有共掺杂方法来改性催化剂。共掺杂分为金属与金属元素之间的共掺杂，非金属与非金属元素之间的共掺杂，此外，金属元素与非金属元素之间也可共掺杂，其特点是改变催化剂导带及价带，进而提升氧化还原能力。Zhuang等人研究Sn和N掺杂剂的协同作用，以增强在可见光或模拟太阳光照射下锐钛矿型TiO2的光催化性能[35]。1.6.2染料敏化鉴于一些半导体结构带隙较宽（例如TiO23.2eV），仅对紫外区的光有响应而不能利用可见光。通过染料敏化拓宽光催化剂的光响应范围是光催化剂改性的有效途径之一[36,37]。其机理是光催化剂吸附染料至其表面，表面的染料吸收可见光到达激发态，激发态的氧化还原电势通常低于基态，当激发态电势比半导体CB电势更低时，激发电子将转移至半导体材料CB上，从而提升光催化反应效率[38]。此外，在染料受光激发过程中，并没有光生空穴的产生，故而避免了光生载流子的复合问题。染料敏化半导体系统在降解有机污染物及光催化分解水产氢产氧等方面应用广泛。Man等人开发了以过渡金属（Mo、Mn、Fe、Co）掺杂的Ni2P纳米粒子催化剂，当不加入[Ru(bpy)3](ClO4)2为光敏剂时，NiFeP无产氢活性，而光敏剂的加入使过渡金属掺杂的Ni2P纳米粒子表现出优异的产氢活性[8]。1.6.3构成半导体异质结图1-2（a）异质结型光催化反应机理；（b）Z型异质结光催化反应机理构建异质结构可以弥补单组份催化剂的活性不高的缺点而显著提升催化剂性能[10,39,40]。根据导电类型不同，异质结可以分为同型异质结（N-n型结或P-p型结）和异型
【参考文献】：
期刊论文
[1]结晶度,{001}/{101}晶面比和Au负载对热处理TiOF2制备的锐钛矿TiO2光催化活性的影响（英文）[J]. 王江炎,刘保顺,中田一弥. 催化学报. 2019(03)
[2]光催化分解水体系和材料研究[J]. 李敦钫,郑菁,陈新益,邹志刚. 化学进展. 2007(04)
硕士论文
[1]pH值对光催化降解水中苯酚和氯酚的影响[D]. 吕洋.哈尔滨工业大学 2008
本文编号：3356651
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