碳材料/二氧化钛复合可见光催化剂的制备及其界面光生电荷传导机制研究

发布时间：2021-05-17 07:05

　　在经济不断发展的情况下,由于工业废物和废水的后续处理技术还不够成熟,严重地破坏自然环境的平衡以及影响人类的健康。为此,开发一种高效地废物废水的处理方法具有很大的实用意义。光催化是一种新兴的光化学技术,由于其具有节能、清洁、可持续等特征,受到越来越广泛的关注。其中,TiO₂材料由于具有较高的光催化活性和良好的化学稳定性,被广泛用于有机污染物的光催化降解。但是,TiO₂材料也存在着很多的不足:（1）TiO₂材料的禁带宽度大,对光的吸收能力低;（2）TiO₂材料的光生空穴与电子的复合能力强,量子效率低;（3）TiO₂材料在反应结束后难以分离回收,降低了催化剂的使用效率。这些伴随TiO₂材料光催化技术出现的问题,成为了制约TiO₂材料光催化技术进一步发展与实际应用的关键。本论文针对上述问题开展研究工作,分别采用不同的碳材料（氧化石墨烯,C₃N₄和共轭介孔聚合物）对TiO₂材料进... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 TiO_2的结构
    1.3 TiO_2的光催化机制与光催化应用
        1.3.1 光催化降解水体有机污染物
        1.3.2 光催化CO_2还原
        1.3.3 光催化产氢
        1.3.4 光催化固氮反应
        1.3.5 光催化杀菌
    1.4 TiO_2的常用制备方法
        1.4.1 水(溶剂)热法
        1.4.2 沉淀法
        1.4.3 溶胶-凝胶法
        1.4.4 静电纺丝法
        1.4.5 化学气相沉积法
    1.5 TiO_2的常用改性方法
        1.5.1 金属掺杂
        1.5.2 非金属掺杂
        1.5.3 染料敏化
        1.5.4 构建异质结
        1.5.5 界面修饰
        1.5.6 构筑Z型光催化剂
    1.6 碳材料改性修饰TiO_2的现况
        1.6.1 氧化石墨烯改性TiO_2
        1.6.2 C_3N_4改性TiO_2
        1.6.3 共轭聚合物改性TiO_2
    1.7 选题的目的、意义和主要的研究内容
第二章 实验试剂与材料表征
    2.1 实验材料与实验仪器设备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验仪器设备
    2.2 催化剂的表征
    2.3 光催化剂活性的表征
    2.4 电化学测试表征
        2.4.1 光电流和电化学阻抗谱
        2.4.2 循环伏安曲线和氧还原测试
第三章 Ti~(3+)-TiO_2-rGO的制备及光催化研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 氧化石墨烯的制备(Graphene Oxide, GO)
        3.2.2 Ti~(3+)-TiO_2-rGO的制备
    3.3 实验结果与分析
        3.3.1 XRD分析
        3.3.2 形貌分析
        3.3.3 拉曼分析
        3.3.4 XPS分析
        3.3.5 光催化降解性能分析
        3.3.6 紫外-可见漫反射光谱
        3.3.7 ESR分析
        3.3.8 PL光谱
        3.3.9 EIS谱图
        3.3.10 合成机理分析
        3.3.11 光催化机理分析
        3.3.12 循环性实验
    3.4 本章小结
第四章 TiO_2-Fe-C_3N_4 的制备及光催化研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 TiO_2微球的制备
        4.2.2 TiO_2-Fe的制备
        4.2.3 C_3N_4的制备
        4.2.4 TiO_2-Fe-C_3N_4 的制备
    4.3 实验结果与分析
        4.3.1 XRD分析
        4.3.2 红外光谱分析
        4.3.3 TG-DSC分析
        4.3.4 形貌分析
        4.3.5 XPS分析
        4.3.6 光催化性能分析
        4.3.7 BET与孔径分布分析
        4.3.8 紫外-可见漫反射光谱
        4.3.9 PL光谱
        4.3.10 光电流分析
        4.3.11 EIS谱图
        4.3.12 光催化机理分析
        4.3.13 ESR分析
    4.4 本章小结
第五章 TiO_2-Cu CMP的制备及其界面电荷传导研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 TiO_2微球的制备
        5.2.2 TiO_2-Cu的制备
        5.2.3 5,10,15,20-四-4’-溴苯基卟啉的制备
        5.2.4 5,10,15,20-四-4’-溴苯基卟啉铜的制备
        5.2.5 TiO_2-CMP的制备
        5.2.6 TiO_2-CuCMP的制备
    5.3 实验结果与分析
        5.3.1 XRD分析
        5.3.2 紫外-可见漫反射光谱
        5.3.3 红外光谱分析
        5.3.4 TG-DSC分析
        5.3.5 形貌与元素分析
        5.3.6 XPS分析
        5.3.7 光催化性能分析
        5.3.8 截光反应
        5.3.9 ESR分析
        5.3.10 捕获剂实验
        5.3.11 光催化机理分析
    5.4 本章小结
第六章 TiO_2-FeCMP的制备及其多电子电荷调控机理研究
    6.1 引言
    6.2 实验部分
        6.2.1 5,10,15,20-四-4’-溴苯基卟啉的制备
        6.2.2 5,10,15,20-四-4’-溴苯基卟啉铁的制备
        6.2.3 TiO_2微球的制备
        6.2.4 TiO_2-Fe的制备
        6.2.5 TiO_2-CMP的制备
        6.2.6 TiO_2-FeCMP系列的制备
    6.3 实验结果与分析
        6.3.1 XRD分析
        6.3.2 紫外-可见漫反射光谱
        6.3.3 红外光谱分析
        6.3.4 TG-DSC分析
        6.3.5 形貌与元素分析
        6.3.6 BET与孔径分布分析
        6.3.7 XPS分析
        6.3.8 光催化性能分析
        6.3.9 截光反应
        6.3.10 ESR测试
        6.3.11 捕获剂实验
        6.3.12 电化学性能测试
        6.3.13 TiO_2-FeCMP系列的ESR分析
        6.3.14 光催化机理分析
    6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3191324