掺杂二氧化钛光催化剂的制备、表征及可见光光催化性能

发布时间：2017-06-18 20:20

  本文关键词：掺杂二氧化钛光催化剂的制备、表征及可见光光催化性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 自1972年Fujishima和Honda发现Ti02电极光解水以来,二氧化钛半导体光催化材料由于在水和空气净化及太阳能转化方面具有广泛的潜在应用前景而被人们深入研究。Ti02的禁带较宽(锐钛矿为3.2 eV),只能被紫外光激发,不能充分利用太阳光,限制了它在实际中的应用。对其进行掺杂改性,使其成为能够被可见光激发的光催化剂,多年来成为光催化研究领域的热点。本文主要围绕掺杂Ti02可见光光催化剂的合成、表征和性能等方面的研究开展了如下工作： 以钛酸盐纳米管为前驱体和硝酸铁为掺杂剂,通过浸渍煅烧的方法制备了Fe3+掺杂Ti02纳米棒光催化剂。所制备的样品用扫描电镜,透射电镜,X射线衍射,X射线光电子能谱,N：吸附-脱附和紫外可见漫反射光谱进行了表征。以丙酮作为污染物,来测定样品在空气中的可见光光催化活性。光催化试验表明,Fe3+掺杂增强了Ti02纳米棒可见光光催化活性,当铁钛原子比在0.1-1.0%的掺杂浓度时,其光催化活性高于商用Degussa P25和没有掺杂Ti02纳米棒。尤其是当铁钛原子比在0.5%时,Fe3+掺杂Ti02纳米棒的光催化活性是P25的2倍多。这种高活性是下列因素协同作用的结果：一维纳米结构增强载流子的传输,Fe3+掺杂增强了对光子的吸收和对可见光的响应范围,缩小了Ti02的禁带宽度以及降低了其光生电子和空穴的复合速率。同时,我们也采用第一性原理对Fe3+掺杂Ti02纳米棒的电子结构进行了研究和讨论。 以水热合成法制备的高能面Ti02纳米片为前驱体和硫脲为掺杂剂,采用热处理的方法制备了高可见光活性的氮和硫共掺杂的高能面Ti02纳米片光催化剂。掺杂剂硫脲的含量影响热处理后掺杂样品的结晶程度和晶粒尺寸。N、S共掺杂通过N2p、S3p轨道和02p轨道间的杂化,降低了掺杂后高能面Ti02纳米片光催化剂的禁带宽度,从而使掺杂的Ti02纳米片具有强的吸收可见光光子的能力,且使掺杂后的Ti02纳米片对光的响应吸收范围拓宽到可见光区。当前驱物中新制的Ti02粉末和硫脲(CS(NH2)2)的物质的量比为2：1时,可见光光催化降解对氯苯酚的速率达到最大值,且超过了P25。此外,我们也采用第一性原理对N、S共掺杂Ti02纳米片的能带结构和电子结构进行了研究和讨论。
【关键词】：光催化 可见光 掺杂 纳米棒 纳米片
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-28
• 1.1 引言10-11
• 1.2 半导体光催化技术11-17
• 1.2.1 半导体光催化机理11-13
• 1.2.2 光催化剂本身影响因素13-15
• 1.2.3 环境因素影响15-17
• 1.2.3.1 光源与光强15-16
• 1.2.3.2 pH值16
• 1.2.3.3 反应温度16
• 1.2.3.4 离子16-17
• 1.3 二氧化钛光催化材料的制备17-20
• 1.3.1 物理方法17
• 1.3.2 化学法17-20
• 1.3.2.1 均匀沉淀法制备纳米Ti0217-18
• 1.3.2.2 溶胶—凝胶法18-19
• 1.3.2.3 反胶团或W/O微乳液法19
• 1.3.2.4 TiCl_4气相氧化法19-20
• 1.3.2.5 水热法20
• 1.4 二氧化钛光催化材料的应用现状与发展20-22
• 1.4.1 在化学工业中的利用21
• 1.4.2 在电子工业产品中的应用21
• 1.4.3 在环保方面的应用21-22
• 1.4.4 在化妆品工业中的应用22
• 1.4.5 在医药卫生和食品加工领域的应用22
• 1.5 二氧化钛在应用中需要解决的问题22-24
• 1.6 TiO_2光催化剂的改性技术24-27
• 1.6.1 贵金属沉积24
• 1.6.2 金属离子与非金属元素掺杂24-25
• 1.6.3 二氧化钛的光敏化25-26
• 1.6.4 半导体藕合26
• 1.6.5 二氧化钛光催化剂的可见光化26-27
• 1.7 选题的目的与意义27-28
• 第二章 可见光活性的Fe掺杂TiO_2纳米棒光催化剂的制备,表征及其电子结构的第一性原理研究28-44
• 2.1 引言28-29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 钛酸盐纳米管的制备29
• 2.2.2 Fe掺杂的TiO_2纳米棒的制备29-30
• 2.2.3 样品的表征30
• 2.2.4 羟基自由基的测定30-31
• 2.2.5 光催化活性的测定31-32
• 2.2.6 计算的细节32
• 2.3 结果与讨论32-43
• 2.3.1 铁掺杂二氧化钛的形貌与结构32-33
• 2.3.2 X射线衍射分析33-35
• 2.3.3 光电子能谱分析35-37
• 2.3.4 比表面积和孔分布37
• 2.3.5 紫外可见光漫反射光谱37-38
• 2.3.6 羟基自由基分析38-39
• 2.3.7 光催化活性分析39-42
• 2.3.8 理论计算42-43
• 2.4 本章小结43-44
• 第三章 N、S共掺杂高能面TiO_2纳米片的制备及其可见光光催化活性44-57
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-47
• 3.2.1 样品的制备45-46
• 3.2.2 样品的表征46
• 3.2.3 光催化性能46-47
• 3.2.4 计算的细节47
• 3.3 结果与讨论47-56
• 3.3.1 掺杂二氧化钛的形貌与结构47-48
• 3.3.2 X射线衍射分析48-50
• 3.3.3 紫外可见光漫反射率光谱50
• 3.3.4 XPS分析50-52
• 3.3.5 比表面积与孔分布52-54
• 3.3.6 光催化活性分析54-55
• 3.3.7 理论计算55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 结论57-58
• 参考文献58-66
• 硕士期间已发表和待发表的研究论文66-67
• 致谢67

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 辛玲;网络状纳米TiO_2及其复合物的制备与应用研究[D];湘潭大学;2011年

2 陈影声;静电纺丝法制备TiO_2及其光催化行为的研究[D];福建师范大学;2011年

3 徐克涛;纳米二氧化钛薄膜材料制备及光催化性能研究[D];大连理工大学;2012年

4 杨波;含钛多元多孔光催化材料的制备及其性能的研究[D];沈阳理工大学;2012年

5 陈金垒;钛基多元光催化材料的制备与性能研究[D];沈阳理工大学;2013年

6 郭盛;新型Fe_2O_3/氧化石墨烯催化剂的制备及其吸附与可见光Fenton降解有机污染物的研究[D];武汉理工大学;2013年

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本文编号：460783