二氧化钛纳米材料及其复合材料的制备和性能研究

发布时间：2018-02-01 20:38

  本文关键词： TiO_2纳米粉末 掺杂 CoS纳米材料 吸附 复合材料 光催化　出处：《湖南大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：当今社会面临的全球性的严重问题是工业化进程的加快随之产生的环境污染和能源短缺。光催化降解污染物是一种有效的解决环境问题的方法。二氧化钛作为典型的半导体光催化剂,具有化学性质稳定、高催化活性、来源丰富、价廉易得和无二次污染等优越的性能,近年来吸引了许多研究者的关注和重视。但是禁带宽度较大和量子效率不高等问题限制了二氧化钛在实际中的发展。大量实验结果表明,通过对TiO_2进行改性研究可调控其在可见光下的光谱响应范围,抑制光生载流子的复合几率,提高量子效率和光催化活性。本文研究了控制水浴温度,Ti~(3+)自掺杂和形成复合半导体等对二氧化钛的表面形貌,化学组成,晶体结构和光催化性能的影响。主要结果如下:(1)采用直接水解法制备的TiO_2为锐钛矿结构。通过不同的水浴温度来控制TiO_2的表面形貌,晶粒尺寸以及光催化性能;当水浴温度达到15℃时,二氧化钛样品在紫外光区和可见光区的吸收强度和光催化活性达到最大。采用氨水(NH3·H2O)作为媒介,盐酸羟胺(NH2OH·HCl)作为还原剂,将水解法制备的纯净TiO_2样品自掺杂Ti~(3+);根据甲基橙降解效率图可证明适量的氨水能够使得Ti~(3+)自掺杂的样品显示出最大的光催化性能。(2)用简单化学水浴法制备出了具有吸附性能的片状CoS纳米材料。通过控制水浴温度的变化来改变CoS的表面形貌,片状的厚度以及比表面积的大小,从而达到控制样品的吸附性能;当油浴温度达到120℃时,CoS样品的形状更趋近于花状,且片状变得最薄,表现出了最强的吸附性能。(3)在90℃恒温条件下调节加入的表面活性剂PEG剂量,成功制备出了高吸附性能的CoS纳米材料,根据有机染料亚甲基蓝和重金属离子Pb2+、Cd2+的吸附效率可知当加入的PEG量为100mg时,所制备的CoS纳米材料显示出了最高性能,且进一步证明不管加入PEG量为多少,其吸附性能都明显优于恒温下制备的纯净的CoS样品。(4)采用沉淀法成功制备出CoS和TiO_2-CoS复合纳米材料。CoS在紫外光照射下表现出了较强的光催化活性,将其与二氧化钛复合,能够显著的提高二氧化钛的光催化活性,这被归因于复合结构能够激发光生电子空穴对的快速分离。
[Abstract]:The serious global problem facing the society today is the environmental pollution and energy shortage resulting from the acceleration of industrialization. Photocatalytic degradation of pollutants is an effective solution to environmental problems. Type I semiconductor photocatalyst, With stable chemical properties, high catalytic activity, rich sources, cheap and easy to obtain, no secondary pollution and other superior properties, In recent years, many researchers have paid close attention to it. However, the large band gap and low quantum efficiency limit the development of titanium dioxide in practice. A large number of experimental results show that, The range of spectral response under visible light can be regulated by modifying TiO_2, and the recombination probability of photogenerated carriers can be inhibited. To improve quantum efficiency and photocatalytic activity, the surface morphology and chemical composition of TIO _ 2 by controlling water bath temperature and forming composite semiconductors have been studied. The main results are as follows: (1) TiO_2 prepared by direct hydrolysis method is anatase structure. The surface morphology, grain size and photocatalytic properties of TiO_2 are controlled by different water bath temperature. When the water bath temperature reached 15 鈩，

本文编号：1482821