新型二氧化钛光催化材料的合成及其光催化性能研究

发布时间：2017-03-29 09:02

  本文关键词：新型二氧化钛光催化材料的合成及其光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纳米TiO_2半导体材料由于其光催化性能高、化学性能稳定、无毒、价格低廉等优点，在光催化处理有机污染物方面被广泛研究。目前以TiO_2光催化材料为基础的光催化技术与传统污染处理技术相比具有诸多优点，，例如：利用太阳能、降解有机物无选择性、工艺设备简单易控制、无二次污染等。但还存在诸多技术难题，例如：量子效率不高、可见光利用率低等。如何解决这些不足是当前光催化领域的主要研究方向。 改变TiO_2的形貌和结构，从分子、纳米及微米多尺度、多层次的设计新型功能化的光催化剂是改善光催化剂性能和研究构效关系的有效途径之一。 近年来以多孔单晶为热点的半导体材料尤其是TiO_2材料获得国内外专家的广泛认同和关注。本论文以TiO_2催化材料为研究对象，从合成方法入手，研究可控合成多孔单晶TiO_2材料以及开发高效氮掺杂TiO_2材料。 论文的具体内容主要分为以下三个方面： 一、醇热法合成球形多孔单晶TiO_2材料及其光催化性能研究 以TiOSO_4为钛源，乙醇和苯甲醇为混合溶剂，在低温条件下，醇热法合成球形多孔单晶TiO_2材料。该材料表面疏松多孔，具有较大的比表面积(SBET=188m2?g-1)。研究结果显示，样品的多孔结构主要与TiO_2纳米晶粒之间的相互堆积有关，同时这些TiO_2纳米晶粒又以相同的晶格取向生长来保持整个样品的单晶特性，其驱动力来源于前驱液中含有的大量SO42-。利用FESEM、TEM和XRD等表征手段，对样品的形貌和结构进行了详细的分析和表征，同时提出形成机理。将球形多孔单晶TiO_2材料应用于苯酚降解实验中，结果显示该材料具有较高的光催化活性。将其应用于光催化降解有机污染物甲基橙，结果显示样品在紫外光照射的情况下，甲基橙的降解活性普遍比商业P-25高35％。 二、醇热法合成尺寸可控的球形多孔单晶TiO_2光催化剂及其光催化性能研究 以TiOSO_4为钛源，采用双醇混合溶剂，通过调节不同醇溶剂比例，在低温条件下，醇热法合成尺寸可控的球形多孔单晶TiO_2材料。研究结果表明调节苯甲醇和乙醇的比例，可以控制球形多孔单晶TiO_2的粒径从80到2000纳米左右。进一步用异丙醇或正丁醇取代苯甲醇也可以得到类似的结果，证明了该方法的普适性和可控性。 三、双氮源制备高活性N-TiO_2可见光催化剂 利用氨水和草酸铵为双氮源，用原位沉淀技术制备了高活性N修饰TiO_2可见光催化剂。通过N2吸脱附等温线、XRD、UV-Vis、XPS和IR波谱等技术对催化剂结构和光谱性质进行了系统表征。同时以可见光降解亚甲基蓝水溶液为模型反应，对催化剂的活性进行了评价。结果表明：氨水和草酸铵的协同作用有利于N进入TiO_2晶格，其活性高于单氮源及后修饰的N-TiO_2催化剂。
【关键词】：二氧化钛 结构调控 光催化
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O643.36;O614.411
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第一章 前言10-30
• 1.1 光催化背景与原理概述10-16
• 1.1.1 光催化的研究背景10-12
• 1.1.2 光催化原理12-16
• 1.2 TiO_2光催化剂16-28
• 1.2.1 TiO_2光催化剂的合成方法16-17
• 1.2.2 TiO_2 光催化剂目前存在的主要问题17-18
• 1.2.3 TiO_2 光催化剂的促进途径18-28
• 1.3 立题依据与研究方案28-30
• 第二章 实验部分30-35
• 2.1 原料与试剂30-31
• 2.2 催化剂表征方法31-32
• 2.2.1 X 射线粉末衍射（XRD）31
• 2.2.2 物理吸附仪31
• 2.2.3 扫描电镜（SEM）31
• 2.2.4 场发射扫描电镜（FESEM）31-32
• 2.2.5 透射电镜（TEM）32
• 2.2.6 紫外可见漫反射（UV-Vis Diffuse Reflectance Spectrum）32
• 2.2.7 X 射线光电子能谱（XPS）32
• 2.2.8 热重测试（TG-DTA）32
• 2.2.9 X 射线荧光分析仪（XRF）32
• 2.2.10 红外光谱分析（FT-IR）32
• 2.3 光催化剂的制备32-33
• 2.3.1 球形多孔单晶 TiO_2的合成32-33
• 2.3.2 尺寸可控球形多孔单晶 TiO_2的合成33
• 2.3.3 双氮源合成高效 N-TiO_2可见光催化剂33
• 2.4 光催化活性测试33-35
• 2.4.1 紫外光照射下光催化活性测试33-34
• 2.4.2 可见光照射下光催化活性测试34-35
• 第三章 醇热法合成多孔单晶 TiO_2材料及其光催化性能研究35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 结果与讨论35-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 尺寸可控多孔单晶 TiO_2制备及其光催化性能研究44-52
• 4.1 引言44
• 4.2 结果与讨论44-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第五章 双氮源制备高活性 N-TiO_2 可见光催化剂52-59
• 5.1 引言52
• 5.2 结果与讨论52-58
• 5.2.1 不同焙烧温度对样品性能的影响52-54
• 5.2.2 不同掺杂 N 源比例对催化剂活性的影响54-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第六章 总结59-60
• 参考文献60-68
• 个人简历68
• 论文发表情况68
• 授权专利68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 丁正新,王绪绪,付贤智;TiO_2基固体超强酸及其在光催化空气净化中的应用[J];化工进展;2003年12期

  本文关键词：新型二氧化钛光催化材料的合成及其光催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：274077