二氧化钛基复合材料的合成及其可见光催化性能研究

发布时间：2017-08-01 00:08

  本文关键词：二氧化钛基复合材料的合成及其可见光催化性能研究

  更多相关文章： TiO_2 复合材料 静电纺丝 纳米纤维 光催化

【摘要】：目前,环境污染和能源危机已经成为当今社会最受关注也是最难以解决的问题。然而半导体光催化技术因其操作简便、能耗低且无二次污染等优点已成为一种理想的处理方法。因此目前许多专家学者致力于研究更合适、更新颖、更高效的理想催化剂。二氧化钛由于其比表面积高、低毒性以及较高的化学稳定性,已经成为新世纪人们研究的热点,在能源和环境领域都有着广泛的应用,例如染料敏化太阳能电池、超级电容器、锂离子电池和光催化等。但二氧化钛带隙较宽(3.0~3.2 eV),只能被能量较高的紫外光激发,对太阳光的利用率不高。而在太阳光谱中,可见光约占44%,因此,对二氧化钛进行掺杂改性进而制备高活性的、具有可见光响应的二氧化钛复合纳米半导体光催化剂更具有实际意义。本实验采用静电纺丝和水热法相结合的方法成功制备二氧化钛基复合材料,并在可见光下降解有机染料污染物,研究其可见光催化性能。实验表明制备的催化剂在可见光下具有良好的光催化性能和较高的循环稳定性。研究内容如下:(1)成功合成CdS/Ti O_2复合材料用于可见光下降解有机染料。通过静电纺丝方法制备一维二氧化钛多孔纳米纤维,直径50~100 nm,长达几微米,随后通过水热法将CdS纳米粒子成功生长在TiO_2纳米纤维表面形成异质结构。降解有机染料结果显示提高的可见光催化能力和良好的循环能力。复合的CdS半导体材料能提高可见光降解效率,但是材料对染料较高的吸附能力也有助于材料的光催化降解能力。正因为拥有增强的可见光催化效率使得该复合材料在净水方面有潜在的应用前景。(2)成功合成Ti O_2/PCNFs复合材料用于降解有机染料,利用静电纺丝技术合成具有多孔结构且有超大比表面积的碳纤维,通过水热方法成功将二氧化钛纳米棒生长在多孔碳纤维的表面获得TiO_2/PCNFs异质纤维。通过调节钛源的量,二氧化钛纳米棒的量很容易被控制,接下来又仔细研究了该材料对刚果红、亚甲基蓝、甲基橙、曙红的光催化降解性能。所有TiO_2/PCNFs显示提高的可见光催化效率和良好的循环性能,这些源于其较大的比表面积、增强的可见光吸收和高效的光生电子-空穴分离效率。样品TiO_2/PCNFs-4对亚甲基蓝溶液有良好的脱色能力(120 mg/L,70 min),这源于其对染料较高的吸附能力归因于其较强的静电作用以及材料与染料之间的结构匹配性。(3)α-Fe2O3/TiO_2复合材料通过静电纺丝和水热法成功合成。该复合材料是由多孔TiO_2纳米纤维(直径70 nm)表面生长大量的α-Fe2O3纳米棒(100~200 nm长)。新颖的树枝状纳米复合材料具有多孔结构和较大的比表面积(高达42.8 m2/g)。我们又研究其在可见光下光催化降解有机染料性能。结果表明对有机染料具有良好的可见光降解能力。预计这些α-Fe2O3/TiO_2异质结构在可见光下降解有机染料方面有良好的应用前景。
【关键词】：TiO_2 复合材料 静电纺丝 纳米纤维 光催化
【学位授予单位】：哈尔滨师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB33
【目录】：

• 摘要11-13
• Abstract13-15
• 第1章 绪论15-25
• 1.1 引言15
• 1.2 二氧化钛纳米材料概述15-21
• 1.2.1 二氧化钛纳米材料的性质18
• 1.2.2 二氧化钛纳米材料的制备18-20
• 1.2.3 二氧化钛纳米材料的应用20-21
• 1.2.3.1 光催化处理废水20
• 1.2.3.2 气体净化20
• 1.2.3.3 抗菌除臭20-21
• 1.2.3.4 防雾、自清洁21
• 1.3 二氧化钛纳米材料的改性21-23
• 1.3.1 元素掺杂21-22
• 1.3.2 窄带隙半导体复合22
• 1.3.3 贵金属修饰22
• 1.3.4 有机染料光敏化22-23
• 1.4 本课题选题依据和主要内容23-25
• 1.4.1 本课题选题依据23-24
• 1.4.2 本课题主要内容24-25
• 第2章 CdS/TiO_2复合材料的合成及其可见光催化性能研究25-39
• 2.1 引言25-26
• 2.2 实验材料及仪器制备26-27
• 2.2.1 主要试剂26
• 2.2.2 主要仪器设备26-27
• 2.3 实验部分27
• 2.3.1 TiO_2纳米纤维的制备27
• 2.3.2 CdS/TiO_2复合材料的制备27
• 2.3.3 光催化性能测试27
• 2.4 结果和讨论27-38
• 2.4.1 样品的结构及表征27-32
• 2.4.2 CdS/TiO_2复合材料的光催化性能32-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 TiO_2/PCNFS复合材料的合成及其可见光催化性能研究39-55
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验材料及仪器制备40-41
• 3.2.1 主要试剂40
• 3.2.2 主要仪器设备40-41
• 3.3 实验部分41-42
• 3.3.1 PCNFs纳米纤维的制备41
• 3.3.2 TiO_2/PCNFs复合材料的制备41
• 3.3.3 光催化性能测试41-42
• 3.4 结果和讨论42-54
• 3.4.1 TiO_2/PCNFs复合材料的结构表征42-47
• 3.4.2 TiO_2/PCNFs复合材料的可见光催化性能47-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 α-Fe2O3/TiO_2复合材料的合成及其可见光催化性能研究55-71
• 4.1 引言55-56
• 4.2 实验材料及仪器制备56-57
• 4.2.1 主要试剂56
• 4.2.2 主要仪器设备56-57
• 4.3 实验部分57
• 4.3.1 TiO_2纳米纤维的制备57
• 4.3.2 α-Fe2O3/TiO_2复合材料的制备57
• 4.3.3 光催化性能测试57
• 4.4 结果和讨论57-70
• 4.4.1 α-Fe2O3/TiO_2复合材料的结构表征57-63
• 4.4.2 α-Fe2O3/TiO_2复合材料的光催化性能63-70
• 4.5 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-82
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文82-84
• 致谢84

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本文编号：601693