TiO 2 /PbTiO 3 单晶异质结的制备、微结构和可见光催化性能研究
发布时间：2021-10-05 07:25
由于在紫外光下具有优异的光催化性能,二氧化钛是目前研究和应用最广泛的一种半导体光催化剂。为了拓展二氧化钛的光响应范围至可见光区域,以提高其太阳光利用效率,掺杂、氢化、染料敏化和半导体复合等改性方法被相继提出。钙钛矿型氧化物的化学性质稳定,种类繁多,很多具有铁电性。两者复合后能有效拓宽二氧化钛的光响应范围,并在一定程度上抑制光生载流子的过快复合。此外,一个清晰且键合紧密的高质量异质结界面对于光生电子空穴对的分离和输运以及最终的光催化活性是至关重要的。本文采用二次水热法成功制备了具有高质量异质结界面的TiO2/PbTiO3单晶异质结纳米纤维复合材料和纳米片复合材料,并系统研究了样品的微结构及其可见光催化性能,取得了以下创新性成果：（1）采用二次水热和后续热处理的方法,以氨水作为矿化剂,成功制备了具有优良可见光催化性能的TiO2/PbTiO3单晶异质结纳米纤维复合材料。在纳米纤维复合材料TiO2/PbTiO3 TBOT:0.4 ml中,锐钛矿相的二氧化钛八面体纳米晶（直径在30 nm左右,长度在50～80 nm之间）生长在钙钛矿相PbTiO3纳米纤维表面,形成了一个清晰且键合紧密的高质量异质...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１二氧化铁的扉体结构（ａ）锐铁矿化脚金红石相??Ｆｉｇ?１．１?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓ化?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｔｉ〇２：?（ａ）?ａｎａｔａｓｅ?ｐｈａｓｅ；?（ｂ）?ｒｕｔｉｌｅ?ｐｈａｓｅ??
化中存在自由基间接反应机理，同时对该光催化反应中各基元反应的特征时间进??行了测定这里我们根据Ｈｏｆｆｍａｎｎ的理论来解释二氧化化的光僅化反应过??程，并Ｗ图１．２来对其进行表述。??ａｃｃｅ?脚？－??小?４??Ｊ翻游齡ｎ掛Ｉ）??ｅ－？？心?＼??身冢（ｉ）?Ｉ??Ｘ．卵??Ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ??Ｑｘｉｄａｉｏｎ?（ｉｉｉ）??ｄｏｒｏｒ??图１．２二氧化钦的光傕化反应过程：（ｉ）对光子的吸收及光生载流子的生成；（ｉｉ）载流子的??分离和转移：（ｉｉ）?ａ：电子空穴对转移到二氧化钱表面，（ｉｉ）ｂ：载流子发生复合；（ｉｉｉ）在二氧??化铁表面活化点发生氧化还原反应??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?Ｔｉ〇２?ｐｈｏ化ｃａｔａｌｙｓｉｓ：货?ｐｈｏ化ｎ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏ日犯ｄ?ｃａｒｒｉｅｒｓ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；??（巧?ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｈｏｌｅ?ｐａｉｒ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ：?（ｉｉ）?ａ：化化ｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｓｉｔｅｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２，?（ｉｉ）?ｂ：化??ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ；?ｙｉｉ）?ｒｅｄｏｘ?Ｋａｃｔｉｏｎ?ａｔ?化ｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｓｉ化ｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２．??整个反应过程的第一步就是光生载流子的生成（如公式１．１），如图１．２?（ｉ）??所示。这个过程发生的关键就是入射光子的能量要大于二氧化铁的带隙。经过换??算，可Ｌ乂得出对于锐铁矿型二氧化铁来说
催化剂悬浮在水溶液或电解质溶液中时，会导致表面的电荷密度与体相电荷密度??之间存在差异，从而会在半导体材料的近表面区域形成空间电荷层，即肖特基势??垒，导致其能带发生弯曲（如图１．３），其表面和体相的能带位置处在不同势能面??上，最终使得电子空穴对发生分离，并且转移到二氧化铁表面，如图１．２（ｉｉ）ａ。??另一方面，电子和空穴也有可能在二氧化铁内部或表面发生复合，如图１．２?（ｉｉ）??ｂ所示，并且发生复合的速率很快，如果没有合适的载流子俘获剂，通过光吸收??储存的载流子会在ｌ〇－６￣ｌ〇－ｉ５ｓ之内消耗完而且复合容易发生在二氧化铁晶??体的缺陷或边界处。??ＨＪｍ１？ｙｅｒ｜?Ｉ?？?＾＾ｔｏｏｆｅｅｄｄｏｎｏｒ???户一?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ??ｅｌ?既ｔｒｏｉｙｔｅ?ｇ?；??－鄉Ｂ?：??户……?：?么??０?＞?班?按??ｇ????—???：？：？＊＜?Ａ－?良。－ｑｕ??＾?－ｑＵ（Ｒ／Ｏｘ）?＼?：?Ｉ???技??图１．３电解质溶液中二氧化铁的能级弯曲示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?也ｅ?ｂａｎｄ?ｂｅ己ｄｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｔｉ〇２?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??最后一个基本过程是发生在二氧化铁的表面活性点上的氧化还原反应，如??图１．２（ｉｉｉ）。转移到催化剂表面的载流子与二氧化铁表面上所吸附的氧气或水发生??氧化还原反应，生成具有强氧化性的自由基，这些自由基团有’ＯＯＨ、＊〇２－和‘ＯＨ??等（公式１．２￣１．８）。最后，这里具有强氣化性的自由基能够和有机污染物迅速反应，??把它们最终降解成水
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能[J]. 张剑芳,王岩,沈天阔,舒霞,崔接武,陈忠,吴玉程. 物理化学学报. 2014(08)
[2]活性炭吸附法处理印染废水的研究[J]. 肖敏,李丽,钟龙飞,陈桂泉,黄泽城,苏晓银. 辽宁化工. 2009(08)
[3]UASB+生物接触氧化+混凝沉淀法处理废水探讨[J]. 陈汝春,谭志华. 山西建筑. 2007(15)
[4]微生物降解法处理含酚废水[J]. 李勇,傅金祥,于文礼,蔡苏兰. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2007(01)
[5]纳米二氧化钛光催化降解水中有机污染物的研究[J]. 黄艳娥,琚行松. 现代化工. 2001(04)
博士论文
[1]前钙钛矿、钙钛矿氧化物纳米结构的可控制备、微结构和性能研究[D]. 刘振亚.浙江大学 2013
[2]钙钛矿铁电氧化物纳米结构的生长调控、微结构与性能研究[D]. 钞春英.浙江大学 2012
[3]钙钛矿氧化物纳米结构的水热合成、表征及性能研究[D]. 王永刚.浙江大学 2009
[4]钙钛矿和前钙钛矿氧化物纳米材料的制备、结构与性能研究[D]. 任召辉.浙江大学 2008
硕士论文
[1]Ag,N共掺杂改性负载型纳米二氧化钛的制备、表征及光催化性能的研究[D]. 赵芳.宁夏大学 2013
本文编号：3419267
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１二氧化铁的扉体结构（ａ）锐铁矿化脚金红石相??Ｆｉｇ?１．１?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓ化?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｔｉ〇２：?（ａ）?ａｎａｔａｓｅ?ｐｈａｓｅ；?（ｂ）?ｒｕｔｉｌｅ?ｐｈａｓｅ??
化中存在自由基间接反应机理，同时对该光催化反应中各基元反应的特征时间进??行了测定这里我们根据Ｈｏｆｆｍａｎｎ的理论来解释二氧化化的光僅化反应过??程，并Ｗ图１．２来对其进行表述。??ａｃｃｅ?脚？－??小?４??Ｊ翻游齡ｎ掛Ｉ）??ｅ－？？心?＼??身冢（ｉ）?Ｉ??Ｘ．卵??Ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌ??Ｑｘｉｄａｉｏｎ?（ｉｉｉ）??ｄｏｒｏｒ??图１．２二氧化钦的光傕化反应过程：（ｉ）对光子的吸收及光生载流子的生成；（ｉｉ）载流子的??分离和转移：（ｉｉ）?ａ：电子空穴对转移到二氧化钱表面，（ｉｉ）ｂ：载流子发生复合；（ｉｉｉ）在二氧??化铁表面活化点发生氧化还原反应??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｒｅａｃｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｉｎ?Ｔｉ〇２?ｐｈｏ化ｃａｔａｌｙｓｉｓ：货?ｐｈｏ化ｎ?ａｂｓｏｒｐｔｉｏ日犯ｄ?ｃａｒｒｉｅｒｓ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；??（巧?ｅｌｅｃｔｒｏｎ－ｈｏｌｅ?ｐａｉｒ?ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｍｉｇｒａｔｉｏｎ：?（ｉｉ）?ａ：化化ｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｓｉｔｅｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２，?（ｉｉ）?ｂ：化??ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ；?ｙｉｉ）?ｒｅｄｏｘ?Ｋａｃｔｉｏｎ?ａｔ?化ｅ?ｓｕｒｆａｃｅ?ａｃｔｉｖｅ?ｓｉ化ｓ?ｏｆ?Ｔｉ〇２．??整个反应过程的第一步就是光生载流子的生成（如公式１．１），如图１．２?（ｉ）??所示。这个过程发生的关键就是入射光子的能量要大于二氧化铁的带隙。经过换??算，可Ｌ乂得出对于锐铁矿型二氧化铁来说
催化剂悬浮在水溶液或电解质溶液中时，会导致表面的电荷密度与体相电荷密度??之间存在差异，从而会在半导体材料的近表面区域形成空间电荷层，即肖特基势??垒，导致其能带发生弯曲（如图１．３），其表面和体相的能带位置处在不同势能面??上，最终使得电子空穴对发生分离，并且转移到二氧化铁表面，如图１．２（ｉｉ）ａ。??另一方面，电子和空穴也有可能在二氧化铁内部或表面发生复合，如图１．２?（ｉｉ）??ｂ所示，并且发生复合的速率很快，如果没有合适的载流子俘获剂，通过光吸收??储存的载流子会在ｌ〇－６￣ｌ〇－ｉ５ｓ之内消耗完而且复合容易发生在二氧化铁晶??体的缺陷或边界处。??ＨＪｍ１？ｙｅｒ｜?Ｉ?？?＾＾ｔｏｏｆｅｅｄｄｏｎｏｒ???户一?ｎ－ｔｙｐｅ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ??ｅｌ?既ｔｒｏｉｙｔｅ?ｇ?；??－鄉Ｂ?：??户……?：?么??０?＞?班?按??ｇ????—???：？：？＊＜?Ａ－?良。－ｑｕ??＾?－ｑＵ（Ｒ／Ｏｘ）?＼?：?Ｉ???技??图１．３电解质溶液中二氧化铁的能级弯曲示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?也ｅ?ｂａｎｄ?ｂｅ己ｄｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｔｉ〇２?ｉｎ?ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ??最后一个基本过程是发生在二氧化铁的表面活性点上的氧化还原反应，如??图１．２（ｉｉｉ）。转移到催化剂表面的载流子与二氧化铁表面上所吸附的氧气或水发生??氧化还原反应，生成具有强氧化性的自由基，这些自由基团有’ＯＯＨ、＊〇２－和‘ＯＨ??等（公式１．２￣１．８）。最后，这里具有强氣化性的自由基能够和有机污染物迅速反应，??把它们最终降解成水
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能[J]. 张剑芳,王岩,沈天阔,舒霞,崔接武,陈忠,吴玉程. 物理化学学报. 2014(08)
[2]活性炭吸附法处理印染废水的研究[J]. 肖敏,李丽,钟龙飞,陈桂泉,黄泽城,苏晓银. 辽宁化工. 2009(08)
[3]UASB+生物接触氧化+混凝沉淀法处理废水探讨[J]. 陈汝春,谭志华. 山西建筑. 2007(15)
[4]微生物降解法处理含酚废水[J]. 李勇,傅金祥,于文礼,蔡苏兰. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2007(01)
[5]纳米二氧化钛光催化降解水中有机污染物的研究[J]. 黄艳娥,琚行松. 现代化工. 2001(04)
博士论文
[1]前钙钛矿、钙钛矿氧化物纳米结构的可控制备、微结构和性能研究[D]. 刘振亚.浙江大学 2013
[2]钙钛矿铁电氧化物纳米结构的生长调控、微结构与性能研究[D]. 钞春英.浙江大学 2012
[3]钙钛矿氧化物纳米结构的水热合成、表征及性能研究[D]. 王永刚.浙江大学 2009
[4]钙钛矿和前钙钛矿氧化物纳米材料的制备、结构与性能研究[D]. 任召辉.浙江大学 2008
硕士论文
[1]Ag,N共掺杂改性负载型纳米二氧化钛的制备、表征及光催化性能的研究[D]. 赵芳.宁夏大学 2013
本文编号：3419267
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