纳米结构二氧化钛的分级调控及性能优化

发布时间：2020-04-21 21:50

【摘要】：光催化剂因其独特的性能在光产氢与光降解方面的占有重要地位,而这其中,TiO_2是近几十年来的研究热点。然而TiO_2的光响应范围较窄,只能吸收可见光,并且量子效率低,光激发后产生的光生电子与空穴极易复合,这些缺点制约了TiO_2的活性提高。特别地,缺陷对半导体材料的电子结构、光谱吸收及载流子的激发、迁移和复合的过程均有重要的影响。其中,氧空位具有较强的电子捕获能力,促进光生电子空穴的分离,同时拓宽光响应范围,对提高光催化活性具有重要作用。常用的引入的氧空位方式为加氢焙烧法,低氧环境焙烧法、离子溅射法等,这些方法步骤较为复杂且成本较高,通过直接诱导的方法引入氧空位仍是一大挑战。基于以上背景,本文的主要研究内容为:(1)采用氟诱导的方式将氧空位引入到已经合成的大孔介孔TiO_2中,实现了在分级结构材料中引入氧空位缺陷。通过电子顺磁共振证明氧空位的存在,并探究了氧空位对禁带宽度以及载流子复合所产生的影响。同时所合成样品的大孔介孔结构有利于加强物质传输,增加比表面积。通过液相降解亚甲基蓝与气相降解丙酮的实验考察具有氧空位大孔介孔TiO_2的光催化性能。(2)继续通过氟诱导方式将氧空位引入到TiO_2中空微球中。选取常见的TiO_2微球作为初始结构,经过水热处理后形成中空结构。随着氧空位的引入,TiO_2的禁带宽度减小,光生电子与空穴复合几率降低,进而提升了光催化活性。(3)本课题进一步通过水热法原位合成具有氧空位的MoS_2@TiO_2复合材料。以质子化的钛酸盐纳米片为TiO_2前驱体,在水热转晶过程中引入氧空位。氧空位加强了载流子的传输效率,提升了MoS_2@TiO_2的光催化活性,同时也有利于其电催化析氢性能的提升。
【图文】：

光催化原理图

图 1-2 溶胶凝胶法制备的 TiO2合成图[23] Schematic representation of the formation mechanism of TiO2method胶凝胶反应而合成各类纳米材料主要方法有两种，分别凝胶法。金属醇盐的水解对于聚合凝胶法尤为重要，通过
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1

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本文编号：2635786