铟改性纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-10-17 21:26

  本文关键词：铟改性纳米二氧化钛的制备及其光催化性能研究

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【摘要】：二氧化钛(TiO_2)纳米材料光催化性能研究一直受到国内外学者的重视。其中光催化处理有机污染物是相关研究的热点之一。目前,如何开发高性能的TiO_2催化剂并用于工业和环境污染的治理方面,仍处在不断的探索中。本论文以金属离子掺杂、金属-非金属离子协同掺杂对TiO_2进行了改性,并对其光催化性能进行了研究。首先,采用溶胶凝胶法制备了铟金属(In)离子改性的纳米TiO_2。以钛酸正丁酯为钛源,In(NO_3)3·4.5H_2O为铟离子掺杂前驱体,通过SEM、TEM、BET等手段进行了表征和测试,结果表明：In改性的纳米Ti02具有介孔结构,呈均一的球状颗粒,粒径小于20nm。其中,2%In-TiO_2颗粒的比表面积122.703 m2/g,相比纯纳米TiO_2颗粒表面积(90.718m2/g)提高了35.26%。通过XPS、XRD表征,结果表明：In3+已经掺入纳米TiO_2的晶格中,改变了Ti的电负性,并形成了In-O-Ti的高结合能体系。其次,在单一In掺杂的基础上,进一步对纳米TiO_2进行In-N和In-C协同掺杂。以三聚氰胺为氮离子掺杂前驱体,制备了In-N共掺杂的复合纳米TiO_2；以葡萄糖为碳源,以P25为原料制备了In-C共掺杂的复合纳米TiO_2。通过XPS、XRD进行了表征,结果表明：N、C离子均匀分散在TiO_2的晶格中,没有造成TiO_2的晶格变形。通过UV-Vis测试结果表明：适量金属h离子与非金属N、C离子的协同掺杂可以提高TiO_2对可见光的吸收转化能力。最后,将三组改性复合催化剂分别用于光催化实验中,以亚甲基蓝(MB)、活性红(RR4)模拟有机染料污染物进行光催化降解实验,探索了其光催化性能和最佳生产工艺。光催化实验表明,单掺杂和共掺杂能有效降低TiO_2的禁带宽度,增加电子空穴对的数量,降低光电子空穴的阈值,使催化剂具备更大的吸附能力和光催化降解能力。其中三组复合催化剂改性优化后的最佳浓度比分别为2%In-TiO_2、0.7%In/N-TiO_2、15%In/C-P25,其光催化降解率分别可达90.0%、90.4%、92.3%。
【关键词】：二氧化钛 铟掺杂 光催化活性
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;O643.36
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-13
• 1 引言13-25
• 1.1 纳米TiO_2光催化的概述13-19
• 1.1.1 纳米TiO_2光催化的原理13-15
• 1.1.2 纳米TiO_2光催化的影响因素15-19
• 1.1.2.1 晶型的影响15-16
• 1.1.2.2 表面积的影响16
• 1.1.2.3 粒子尺寸的影响16-17
• 1.1.2.4 形貌的影响17-18
• 1.1.2.5 PH值的影响18
• 1.1.2.6 热处理温度的影响18-19
• 1.2 纳米TiO_2的制备方法19-23
• 1.2.1 纳米TiO_2的合成方法19-22
• 1.2.1.1 溶胶凝胶法19-20
• 1.2.1.2 水热法20
• 1.2.1.3 微乳液法20-21
• 1.2.1.4 沉淀法21
• 1.2.1.5 直接氧化法21
• 1.2.1.6 微波法21
• 1.2.1.7 模板法21-22
• 1.2.2 纳米TiO_2的改性手段22-23
• 1.2.2.1 离子掺杂22
• 1.2.2.2 贵金属沉积22-23
• 1.2.2.3 复合半导体23
• 1.2.2.4 染料光敏化23
• 1.3 问题与发展动向23-24
• 1.4 论文的研究意义和内容24-25
• 2 实验材料及方法25-32
• 2.1 实验试剂25
• 2.2 实验仪器及设备25-26
• 2.3 光催化反应过程及反应模型26-27
• 2.4 表征方法27-32
• 2.4.1 晶相、尺寸表征方法27-28
• 2.4.2 形貌观测方法28-30
• 2.4.3 化学组成表征30-31
• 2.4.4 光电性能测试31-32
• 3 纳米TiO_2的制备及表征32-38
• 3.1 实验材料及制备方法32-33
• 3.1.1 实验材料32
• 3.1.2 实验制备方法32-33
• 3.1.3 实验制备原理33
• 3.2 实验结果与讨论33-37
• 3.2.1 物相分析33-35
• 3.2.2 形貌分析35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 4 In改性TiO_2的制备及表征38-49
• 4.1 实验材料及方法38-39
• 4.1.1 实验材料38
• 4.1.2 实验制备方法38-39
• 4.2 实验结果与讨论39-47
• 4.2.1 物相分析39-42
• 4.2.2 形貌分析42-45
• 4.2.3 光响应范围45
• 4.2.4 光催化性能测试45-47
• 4.3 本章小结47-49
• 5 In-N共掺杂纳米TiO_2的制备及表征49-58
• 5.1 实验材料及方法49-51
• 5.1.1 实验材料49
• 5.1.2 实验制备方法49-51
• 5.2 实验结果与讨论51-57
• 5.2.1 物相分析51-52
• 5.2.2 形貌分析52-54
• 5.2.3 光响应范围54-55
• 5.2.4 光催化性能测试55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 In-C共掺杂P25的制备及表征58-68
• 6.1 实验材料及方法58-60
• 6.1.1 实验材料58
• 6.1.2 实验制备方法58-60
• 6.2 实验结果与分析60-67
• 6.2.1 物相分析60-61
• 6.2.2 形貌分析61-62
• 6.2.3 光响应范围62-63
• 6.2.4 光催化性能测试63-67
• 6.3 本章小结67-68
• 7 结论68-69
• 参考文献69-73
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果73-75
• 学位论文数据集75

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