钛酸锶基复合材料的合成及其光催化性能研究

发布时间：2017-08-01 13:02

  本文关键词：钛酸锶基复合材料的合成及其光催化性能研究

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【摘要】：SrTiO_3具有稳定的钙钛矿结构,作为光催化剂迄今已成为环境友好光催化剂最佳候选材料之一。SrTiO_3对光的响应范围较窄(200 nmλ400 nm),所以对SrTiO_3基粉体进行多元复合是有效提高其光催化效率的方法。本论文以无定型TiO_2为模板,通过水热法、溶剂热法以及溶胶包覆法合成出分散性良好,性能稳定的TiO_2/SrTiO_3、ZnO/TiO_2/SrTiO_3复合粉体。讨论了工艺参数对粉体形貌、晶型以及光催化性能的影响,提出了一种简单可控,成本较低的复合材料制备工艺。主要研究内容如下:(1)以无定型TiO_2为模板通过水热工艺制备出制备形貌可控的TiO_2/SrTiO_3复合微球。实验结果表明:碱浓度对TiO_2/SrTiO_3复合微球的形貌有着重要影响。碱浓度为0.10 M,170°C水热3 h可以得到结晶良好的TiO_2/SrTiO_3复合微球;碱浓度为0 M,200°C水热6 h可以制备得到具有核壳结构的TiO_2/SrTiO_3异质结复合材料,对其进行热处理可得到空心TiO_2/SrTiO_3异质结材料;所制备样品具有优异的光催化性能,紫外光照下70 min内完全使亚甲基蓝溶液降解褪色。(2)以H_2O/EG、H_2O/DMF为溶剂制备出具有分级结构的TiO_2/SrTiO_3复合粉体。结果表明:当H_2O/EG体积比为10/70时,170°C水热6 h可以得到绒球状TiO_2/SrTiO_3复合粉体,该样品经700°C热处理后可以得到荔枝状的SrTiO_3基复合粉体,其比表面积为37.41 m2/g。当以H_2O/DMF体积比为20/60为溶剂时,所制备粉体经700°C热处理后的样品为TiO_2/SrTiO_3复合粉体,分级结构的存在使样品对污染物有很好的吸附效果,并能在短时间内降解亚甲基蓝污染物。(3)采用溶胶包覆法结合水浴处理,进一步制备出分散性较好的ZnO/TiO_2/SrTiO_3异质结复合微球。该材料直径为1μm,以微米级TiO_2/SrTiO_3为核,表面包覆一层ZnO晶体。其光催化性能比单一组元的晶体有了明显提高。
【关键词】：SrTiO_3 复合粉体 形貌调控 光催化性能
【学位授予单位】：天津城建大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 引言8
• 1.2 光催化及半导体光催化剂8-13
• 1.2.1 半导体光催化原理9-10
• 1.2.2 半导体光催化剂的应用及研究现状10-12
• 1.2.3 半导体光催化剂活性的影响因素12-13
• 1.3 钙钛矿化合物及钙钛矿型催化剂13
• 1.4 钛酸锶光催化剂13-16
• 1.4.1 SrTiO_3的结构与性质13-14
• 1.4.2 SrTiO_3的制备方法14
• 1.4.3 SrTiO_3光催化剂研究现状14-15
• 1.4.4 提高SrTiO_3光催化性能的途径15-16
• 1.5 选题思路及主要研究内容16-18
• 第二章 水热法中钛酸锶基粉体形貌的调控及其光催化性能18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 TiO_2/SrTiO_3复合微球的制备18-24
• 2.2.1 合成方法及表征18-19
• 2.2.2 不同水热条件对粉体形貌及晶体结构的影响19-22
• 2.2.3 TiO_2/SrTiO_3复合微球的生长机理22-23
• 2.2.4 TiO_2/SrTiO_3复合微球光催化活性分析23-24
• 2.3 核壳结构TiO_2/SrTiO_3及空心结构TiO_2/SrTiO_3异质结的制备24-34
• 2.3.1 合成方法及表征24
• 2.3.2 水热温度以及热处理对粉体形貌的影响24-26
• 2.3.3 热处理前后粉体晶型及结构变化26-30
• 2.3.4 核壳结构TiO_2/SrTiO_3及空心结构TiO_2/SrTiO_3异质结的生长机理分析30-31
• 2.3.5 样品光催化性能及机理分析31-34
• 2.4 结论34-35
• 第三章 有机溶剂对钛酸锶基粉体形貌的调控及其光催化性能35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 EG/H_2O-NaOH体系中SrTiO_3基粉体形貌的调控35-44
• 3.2.1 合成方法及表征35-36
• 3.2.2 不同溶剂配比对粉体形貌的影响36
• 3.2.3 热处理对不同溶剂配比所制备粉体形貌的影响36-38
• 3.2.4 水热时间及热处理对制备粉体晶型结构的影响38-40
• 3.2.5 荔枝状样品晶型结构及形貌分析40-43
• 3.2.6 制备样品光催化性能分析43-44
• 3.3 DMF/H_2O-NaOH体系SrTiO_3基粉体形貌的调控44-48
• 3.3.1 样品的制备及表征44
• 3.3.2 不同溶剂配对比及热处理对粉体形貌的影响44-46
• 3.3.3 不同溶剂配比对制备粉体晶型的影响46-47
• 3.3.4 不同溶剂配比制备样品光催化性能47-48
• 3.4 结论48-49
• 第四章 ZnO/TiO_2/SrTiO_3复合微球的制备及性能49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 ZnO/TiO_2/SrTiO_3的合成方法及表征49-50
• 4.2.1 合成方法及表征49-50
• 4.2.2 ZnO/TiO_2/SrTiO_3能带关系图50
• 4.3 TiO_2/SrTiO_3前驱体为核复合ZnO50-57
• 4.3.1 ZnO种子层包覆TiO_2/SrTiO_3前驱体50-51
• 4.3.2 水浴过程中ZnO复合TiO_2/SrTiO_3微球形貌及晶型结构的调控51-56
• 4.3.3 制备样品形貌形成原理分析56-57
• 4.4 样品光催化性能检测57-58
• 4.5 结论58-59
• 第五章 结论与展望59-60
• 参考文献60-67
• 攻读硕士期间发表论文和参加科研情况说明67-68
• 致谢68-69

【参考文献】

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本文编号：604334