硅氟共掺杂二氧化钛基复合材料的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-05-30 11:05

  本文关键词：硅氟共掺杂二氧化钛基复合材料的制备及其光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在过去几十年中,光催化技术在解决环境污染方面引起了广泛的关注。二氧化钛(TiO_2)一直被认为是最有效的金属氧化物半导体光催化剂,但其禁带宽度较大(3.2 eV),只能利用太阳光中约4%的紫外光。在可见光区域,由于TiO_2的光吸收能力差,很难在能源和环境等方面得到更好地应用。因此,开发新型的TiO_2使其在可见光下具有优异的光催化性能具有极其重要的意义。本文旨在通过制备共掺杂TiO_2并对其进行修饰和复合,来增强TiO_2在可见光区域的光吸收能力,从而提高其光催化活性。主要研究成果如下:(1)采用两步合成法制备Si-F共掺杂TiO_2纳米颗粒。通过控制Si掺杂量和体系pH值改变TiO_2纳米颗粒的形貌和尺寸,并考察Si-F共掺杂TiO_2在紫外光和可见光下对有机污染物的光降解能力。结果表明,当Si与Ti的摩尔比为10%且实验体系pH为12时样品表现出最高光催化活性。自由基捕捉剂实验表明了羟基自由基在光催化反应中起主要作用,而超氧负离子和空穴起辅助作用。研究证实Si和F共掺杂引起的协同效应大大增强了Si-F共掺杂TiO_2的光催化活性。(2)采用浸渍+煅烧法和光还原反应法制备Ag负载Si-F-TiO_2纳米颗粒,并探讨不同Ag负载量对样品形貌,尺寸和光催化性能的影响。结果表明,Ag负载Si-F-TiO_2纳米颗粒在可见光下的光催化活性比Si-F共掺杂TiO_2高。采用光还原反应法制备出来的样品具有更高的光催化活性,且当Ag负载量为5 wt.%时,样品的光催化活性最强。通过自由基捕捉剂实验证实了在光催化过程中超氧负离子和空穴起主要作用。Ag颗粒的负载使样品表面发生等离子体共振,从而增强了Ag负载Si-F-TiO_2的光催化活性。(3)采用简单的水热合成法制备Si-F-TiO_2/BiOBr异质结复合材料。研究不同Ti/Bi原子摩尔比对样品形貌,尺寸和光催化性能的影响。结果表明,Si-F-TiO_2/BiOBr异质结复合材料在可见光下的光催化活性比Si-F-Ti O2和纯BiOBr都高,并且当Ti/Bi原子摩尔比为10:1时,样品的吸附性能和光催化性能最好,自由基捕捉剂实验证实了在光催化过程中超氧负离子起主要作用,而羟基自由基和空穴起辅助作用。机理研究证实异质结结构能够有效阻止光生电子和空穴再重组,从而提高电荷分离效率,增加光催化活性。
【关键词】：二氧化钛 共掺杂 复合材料 光催化性能 吸附性能
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O614.411;TB332
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 二氧化钛概述11-15
• 1.2.1 二氧化钛的结构和性质11-12
• 1.2.2 二氧化钛的光催化机理12-13
• 1.2.3 二氧化钛的合成方法13-15
• 1.3 二氧化钛的应用15-16
• 1.3.1 光催化领域15
• 1.3.2 抗菌领域15-16
• 1.3.3 紫外屏蔽16
• 1.3.4 太阳能电池16
• 1.3.5 其他方面的应用16
• 1.4 二氧化钛的改性16-21
• 1.4.1 掺杂17-20
• 1.4.2 复合20-21
• 1.5 研究目的与主要研究内容21-23
• 1.5.1 本论文主要研究目的及意义21
• 1.5.2 本论文主要研究内容21-23
• 第二章 Si-F共掺杂TiO_2纳米颗粒的制备及光催化性能23-43
• 2.1 引言23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验试剂和仪器24-25
• 2.2.2 样品制备25
• 2.2.3 样品表征25
• 2.2.4 光电流实验25-26
• 2.2.5 光催化实验26
• 2.3 结果与讨论26-42
• 2.3.1 Si-F共掺杂TiO_2纳米颗粒的表征26-35
• 2.3.2 Si-F共掺杂TiO_2纳米颗粒的光催化性能研究35-42
• 2.4 小结42-43
• 第三章 Ag负载Si-F-TiO_2纳米颗粒的制备及光催化性能43-55
• 3.1 引言43-44
• 3.2 实验部分44-45
• 3.2.1 实验试剂和仪器44
• 3.2.2 样品制备44-45
• 3.2.3 样品表征45
• 3.2.4 光电流实验45
• 3.2.5 光催化实验45
• 3.3 结果与讨论45-54
• 3.3.1 制备方法对Ag负载Si-F-TiO_2形貌、结构和光催化性能的影响45-48
• 3.3.2 Ag负载量对Ag负载Si-F-TiO_2形貌、结构和光催化性能的影响48-54
• 3.4 小结54-55
• 第四章 Si-F-TiO_2/BiOBr复合材料的制备及光催化性能55-68
• 4.1 引言55-56
• 4.2 实验部分56-58
• 4.2.1 实验试剂和仪器56
• 4.2.2 样品制备56-57
• 4.2.3 样品表征57
• 4.2.4 吸附实验57
• 4.2.5 光催化实验57-58
• 4.3 结果与讨论58-66
• 4.3.1 Si-F-TiO_2/BiOBr复合材料的表征58-61
• 4.3.2 Si-F-TiO_2/BiOBr复合材料的光催化性能研究61-66
• 4.4 小结66-68
• 第五章 结论68-70
• 参考文献70-77
• 致谢77-78
• 硕士期间发表的论文78

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