二氧化钛纳米复合材料的制备及光催化制氢性能

发布时间：2017-08-20 03:27

  本文关键词：二氧化钛纳米复合材料的制备及光催化制氢性能

  更多相关文章： 二氧化钛 氮化碳 可见光催化 光催化产氢

【摘要】：纳米材料是当今世界备受世人关注的新型材料,以其自身独特的结构和性质,在微电子学、光学、医学、纺织、塑料、陶瓷和生物工程等领域均有广阔的应用前景。因此,将产品制备成纳米材料并探索其新性能成为研究人员关注的热点。二氧化钛纳米材料是一种新型的半导体光催化剂,具有高效低能、安全无害、价格低廉等优点,通过构筑异质结等方法有望进一步提高二氧化钛的光催化性能及提高量子效率。本文首先采用水热法制备得到二氧化钛纳米材料,在此基础上将其与自制氮化碳片层状结构进行复合、在其表面负载Au纳米颗粒合成复合材料,运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、双光束紫外可见光光度计和比表面积和孔径测试仪等表征测试仪器对所制备的二氧化钛纳米材料和复合材料形貌、相结构、光学性质等进行表征,分解以甲醇为牺牲剂的水溶液制氢性能为标准,比较了它们的光催化活性,并对其制氢的机理做了简要的分析。研究表明:用水热法制备的二氧化钛纳米材料的尺寸在50~400 nm之间,形貌多为柳叶状和柚子粒状,分散性良好,晶相为锐钛矿型二氧化钛,对光的响应范围拓展到可见光区,可见光照射下光催化活性远高于P25,其中125℃合成的TiO_2样品活性最佳且稳定性好;C_3N_4/TiO_2复合物受到氮化碳片层结构的影响,颗粒尺寸较大,晶相为金红石相,带边吸收整体红移,可见光照下的光催化活性得到改善其中C/T=3:1复合物光催化活性最好且稳定性佳;负载Au颗粒的复合材料并未影响T125的形貌和相结构,但拓宽了T125可见光的吸收带边,使同等条件下的光催化活性得到进一步改善。
【关键词】：二氧化钛 氮化碳 可见光催化 光催化产氢
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义9-11
• 1.2 常见的光催化剂11-13
• 1.2.1 纳米材料11-12
• 1.2.2 光催化剂的必要条件12-13
• 1.2.3 传统光催化剂的不足13
• 1.3 提高光催化活性的途径13-17
• 1.3.1 半导体能带结构的修饰13-15
• 1.3.2 晶粒尺寸的减小15
• 1.3.3 晶体结构的改变15-16
• 1.3.4 表面光敏化16
• 1.3.5 光电催化16
• 1.3.6 催化剂用量的影响16-17
• 1.3.7 溶液pH的选择17
• 1.3.8 光源和光照强度的选择17
• 1.4 半导体的光催化的应用17-19
• 1.4.1 光催化环境净化17-18
• 1.4.2 光催化制氢18-19
• 1.4.3 其他19
• 1.5 二氧化钛19-24
• 1.5.1 二氧化钛结构与性质19-21
• 1.5.2 二氧化钛的制备21-22
• 1.5.3 二氧化钛的形貌22
• 1.5.4 二氧化钛氧化还原机理22-24
• 1.6 课题研究的主要内容24-25
• 第2章 实验材料及其实验方法25-29
• 2.1 主要原料及实验仪器25-26
• 2.1.1 主要化学试剂25
• 2.1.2 实验仪器和设备25-26
• 2.2 实验方法26-27
• 2.2.1 水热法26
• 2.2.2 光致还原法26-27
• 2.3 样品性能表征27-29
• 2.3.1 扫描电子显微镜分析（SEM）27
• 2.3.2 透射电子显微镜分析（TEM）27
• 2.3.3 X射线衍射分析（XRD）27
• 2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）27
• 2.3.5 紫外-可见漫反射光谱分析（UV-vis）27
• 2.3.6 比表面积和孔径分析测试（BET)27-28
• 2.3.7 光催化产氢活性测试28-29
• 第3章 TiO_2的纳米材料的制备与光催化制氢性能29-40
• 3.1 引言29
• 3.2 TiO_2的制备方法29-30
• 3.3 合成温度对TiO_2性能的影响30-34
• 3.3.1 合成温度对TiO_2形貌的影响30
• 3.3.2 合成温度对TiO_2相结构的影响30-33
• 3.3.3 合成温度对TiO_2紫外-可见光吸收的影响33
• 3.3.4 合成温度对TiO_2光催化产氢性能的影响33-34
• 3.4 合成温度为 125℃时制备的TiO_2样品T125性能表征及评价34-38
• 3.4.1 T125的TEM分析34-35
• 3.4.2 T125的XPS分析35-37
• 3.4.3 T125的比表面积与孔径分布37-38
• 3.4.4 T125循环产氢测试38
• 3.5 光催化产氢机理38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 C_3N_4/TiO_2复合物的制备与光催化产氢性能的研究40-55
• 4.1 前言40
• 4.2 不同比例C_3N_4复合物的制备40-41
• 4.3 C_3N_4含量对C_3N_4/TiO_2复合物性能的影响41-47
• 4.3.1 C_3N_4含量对C_3N_4/TiO_2复合物形貌的影响41
• 4.3.2 C_3N_4含量对C_3N_4/TiO_2复合物相结构的影响41-44
• 4.3.3 C_3N_4含量对C_3N_4/TiO_2复合物紫外可见光吸收的影响44-45
• 4.3.4 C_3N_4含量对C_3N_4/TiO_2复合物产氢性能的影响45-47
• 4.4 C_3N_4/TiO_2=3:1 样品性能表征与评价47-53
• 4.4.1 C_3N_4/TiO_2=3:1 样品的TEM分析47-48
• 4.4.2 C_3N_4/TiO_2=3:1 样品的XPS分析48-50
• 4.4.3 C_3N_4/TiO_2=3:1 样品的BET分析50
• 4.4.4 C_3N_4/TiO_2=3:1 样品循环产氢测试50-51
• 4.4.5 Au的负载量对C_3N_4/TiO_2=3:1 样品产氢性能的影响51-53
• 4.5 光催化产氢机理分析53-54
• 4.6 本章小结54-55
• 第5章 Au-TiO_2复合物的制备与光催化性能55-66
• 5.1 前言55
• 5.2 不同Au负载量T125复合物的制备55-56
• 5.3 Au负载量对T125性能的影响56-60
• 5.3.1 Au负载量对T125形貌的影响56
• 5.3.2 Au负载量对T125紫外-可见光吸收的影响56-58
• 5.3.3 Au负载量对T125相结构的影响58-59
• 5.3.4 Au负载量对T125光催化产氢性能的影响59-60
• 5.4 3%Au-T125样品性能的表征与评价60-64
• 5.4.1 3%Au-T125样品的TEM分析60-62
• 5.4.2 3%Au-T125样品的XPS分析62-63
• 5.4.3 3%Au-TiO_2的BET分析63-64
• 5.5 本章小结64-66
• 结论66-67
• 参考文献67-78
• 致谢78

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 ;光催化分解硫化氢制氢研究获进展[J];化工进展;2010年02期

2 ;光催化分解硫化氢制氢研究获进展[J];天津化工;2010年01期

3 ;光催化分解硫化氢制氢研究获进展[J];工业催化;2010年02期

4 蔡乃才,简翠英,董庆华;有机羧酸的光催化分解反应[J];感光科学与光化学;1988年04期

5 张谊华，滕玉美，，曾宪康，王涵慧，俞稼镛;光催化分解硫化氢制取氢气的研究[J];感光科学与光化学;1994年02期

6 温福宇;杨金辉;宗旭;马艺;徐倩;马保军;李灿;;太阳能光催化制氢研究进展[J];化学进展;2009年11期

7 张德;;有害的硫化氢污染物可经光催化成有用的氢和硫[J];化学通报;1982年05期

8 ;水洗再生型光催化除臭滤气器[J];现代化工;2001年01期

9 甘欣;赵希娟;覃彪;傅文甫;;Pt(Ⅱ)配合物光催化制氢研究进展[J];中国材料进展;2010年01期

10 吕宏飞;李锦书;单雯妍;白雪峰;;多元金属硫化物催化剂及光催化分解硫化氢的研究进展[J];材料导报;2012年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李旦振;郑宜;付贤智;;微波场助光催化及其应用[A];中国电子学会第七届学术年会论文集[C];2001年

2 殷好勇;金振声;张顺利;张治军;;有机物分子的吸附及光催化分解对水接触角的影响[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

3 付贤智;;环境光催化基础与应用研究进展[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年

4 王崇明;;新时代——吹响了光催化号角[A];第二届全国染整行业技术改造研讨会论文集[C];2004年

5 叶云;王秀丽;冯兆池;李灿;;CdS QDs/Co complex光催化产氢体系的时间分辨光谱研究[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年

6 付贤智;;环境光催化基础与应用研究新进展[A];2004年全国太阳能光化学与光催化学术会议论文集[C];2004年

7 吴季怀;林煜;黄妙良;林建明;黄昀方;殷澍;佐藤次雄;;层状纳米光催化复合材料HNbWO_6/Pt的合成和性质[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

8 贺攀科;张敏;杨冬梅;董芳;杨建军;;微波-二元醇技术制备Au/TiO_2及其光催化消除臭氧[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集（上册）[C];2006年

9 周航月;葛介超;汪鹏飞;;团藻状的Cd_(1-x)Zn_xS纳米球:无模板法制备及其在可见光催化制氢应用[A];第十三届全国光化学学术讨论会论文集[C];2013年

10 李越湘;吕功煊;李树本;;草酸作电子给体光催化分解水制氢[A];2000'全国光催化学术会议论文集[C];2000年

中国重要报纸全文数据库 前2条

1 记者 吴长锋;光催化分解水制氢气展现迷人前景[N];科技日报;2013年

2 蔡维希 蔡忠仁;光催化分解厂房有机污染物项目实施[N];中国化工报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 韦丁;硒化铟和钛酸铟纳微结构调控与光催化制氢性能[D];北京理工大学;2015年

2 伍明;氧化银—氧化锌复合物和改性的类石墨氮化碳的光催化性能研究[D];吉林大学;2015年

3 高洪林;无机离子修饰提高g-C_3N_4光催化性能的研究[D];南京大学;2014年

4 郎笛;硫化镉光催化材料的制备及其可见光催化性能研究[D];华中农业大学;2016年

5 于笑潇;分等级纳米复合光催化材料的制备及其光催化性能研究[D];武汉理工大学;2010年

6 陈秀芳;石墨相氮化碳的制备、表征及其光催化性能研究[D];福州大学;2011年

7 郑艳;铋复合氧化物的合成及其可见光光催化性能研究[D];江南大学;2011年

8 刘美英;钽基氮氧化物上可见光光催化分解水制氢研究[D];中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）;2006年

9 徐新;水滑石基半导体复合材料的制备及其光催化性能研究[D];北京化工大学;2011年

10 于鹤;SrTiO_3光催化材料光吸收边调控及其光催化产氢性能研究[D];南京大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李鑫;新型MoS_2/TiO_2复合材料的合成及光催化性能探究[D];上海师范大学;2015年

2 王隽;钌基光敏剂的合成及其在TiO_2光催化体系中的催化性能研究[D];郑州大学;2015年

3 李云;上转光剂-NaTaO_3-助催化剂体系在光催化水解制氢中的应用及相关影响因素的研究[D];辽宁大学;2015年

4 李宏颖;TiO_2@酵母微球的调控合成及其催化性能研究[D];长安大学;2015年

5 张亚军;微纳枝状结构ZnFe_2O_4的制备与改性及光催化性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 李孜;氮掺杂碳量子点的荧光分析检测及光催化性能研究[D];北京化工大学;2015年

7 张松;二氧化钛光催化制氢的失活机理研究[D];南京大学;2013年

8 刘辉;多孔SrTiO_3纳米晶的制备及其光催化性能研究[D];南京大学;2014年

9 徐鹏;介孔二氧化钛基复合催化剂的制备及其光催化性能研究[D];吉首大学;2015年

10 何静;铋氧化物及其复合物的制备与光催化性能研究[D];重庆大学;2015年

本文编号：704433