基于黑色二氧化钛的材料制备及性能研究

发布时间：2017-08-16 06:01

  本文关键词：基于黑色二氧化钛的材料制备及性能研究

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【摘要】：随着社会的发展和能源的消耗,环境污染问题越来越严重。半导体光催化剂是解决该问题的一个有效手段。二氧化钛作为一种多功能半导体材料,具有无毒,廉价,耐腐蚀,有效利用紫外光光催化等优异性质。但是由于其高的禁带宽度(锐钛矿3.2e V)和快的电子空穴复合速率,使其光催化性能受到较大的限制。黑色二氧化钛的出现极大的改善了传统二氧化钛的这两个劣势,使其在可见光照射下表现出较好的光催化性能。尽管如此,由于单一相的二氧化钛很难满足实际应用的需要,因此发展黑色二氧化钛基的复合材料具有非常重要的理论和应用意义。根据现有的报道,黑色二氧化钛的主要制备方法是通过氢气还原,本文采用一种非氢化的简单的方法成功制备出黑色二氧化钛及黑色二氧化钛基的复合材料,具体内容如下:一.以钛酸四丁酯为钛源制备出黑色二氧化钛。测试结果表明,该黑色二氧化钛具有很强的可见光吸收能力和较低的电子空穴复合率,在可见光照射下表现出优异的光催化性能。并且,煅烧时的气密性影响氧空位带形成的位置,对光催化性能有极大的影响。二.利用制备黑色二氧化钛过程中的胶状物为二氧化钛前驱,将氧化石墨烯与其搅拌均匀,通过煅烧得到氧化石墨烯/核壳结构二氧化钛复合物。相较于单一的黑色二氧化钛,该复合物的可见光光催化性能有了较大的提高。并且在氮气中煅烧时,二氧化钛与氧化石墨烯可以成功的复合,而在空气中煅烧时,氧化石墨烯作为碳源掺杂进入二氧化钛。三.通过增加复合物的类别尝试进一步提高光降解能力,以碳,硅,黑色二氧化钛为前驱,进行混合煅烧,成功制备出碳/硅/核壳结构二氧化钛复合物。由于硅和二氧化钛的交叠,二氧化钛的核壳结构不能被HRTEM分辨,但是EPR和XPS的结果表明了它的存在。碳和硅的存在促进了电子和空穴的转移和分离。二氧化钛中大量的氧空位在抑制自身激发和转移的电子的复合具有重要作用。三价钛,碳和硅的协同作用造成了该复合物极好的可见光光催化活性。四.通过碳还原氧化铋尝试制备Bi_2O_3@Bi,利用铋的等离子共振现象抑制二氧化钛和氧化铋的电子空穴复合。适量的碳和氧化铋与黑色二氧化钛前驱在氮气气氛下混合煅烧成功制备出C/Bi_2O_3@Bi/Ti O2@Ti O2-x复合物。该复合物具有好的可见光光降解能力。在空气中煅烧时,由于碳容易在空气中氧化,所以不能将氧化铋还原为铋。此外,根据XRD,拉曼,XPS的结果,碳掺杂进入复合物,并且Bi_2O_3-x被二氧化钛包裹。五.通过改变煅烧前的前驱体,制备核壳结构二氧化钛,并探究其形成机理。根据样品间的对比发现,尿素和盐酸的比例决定了水解程度和所得二氧化钛壳的厚度。
【关键词】：黑色二氧化钛 氧化石墨烯 碳 硅 氧化铋 光催化
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ134.11
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 研究背景9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 光催化机理9-11
• 1.3 二氧化钛改性研究11-12
• 1.3.1 贵金属表面沉积法11
• 1.3.2 金属/非金属离子掺杂法11-12
• 1.3.3 半导体复合法12
• 1.4 黑色二氧化钛发展研究概述12
• 1.5 研究内容12-13
• 参考文献13-20
• 第二章 黑色二氧化钛的制备及性能研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 实验部分20-21
• 2.2.1 化学试剂20
• 2.2.2 实验过程20-21
• 2.2.3 仪器表征21
• 2.3 结果分析21-30
• 2.3.1 X射线衍射和拉曼光谱分析21-22
• 2.3.2 X射线光电子能谱分析22-25
• 2.3.3 红外光谱和飞行时间二次离子质谱分析25-26
• 2.3.4 形貌分析26-27
• 2.3.5 紫外可见光谱和荧光光谱分析27-28
• 2.3.6 光催化降解与机理分析28-30
• 2.4 本章小结30
• 参考文献30-33
• 第三章 GO/TiO_2@TiO_2-x复合材料的制备及性能研究33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 化学试剂34
• 3.2.2 实验过程34
• 3.2.3 仪器表征34-35
• 3.3 结果分析35-42
• 3.3.1 X射线衍射和拉曼光谱分析35-36
• 3.3.2 形貌分析36
• 3.3.3 红外光谱与紫外可见光谱分析36-37
• 3.3.4 电子顺磁共振37-38
• 3.3.5 X射线光电子能谱和荧光光谱分析38-40
• 3.3.6 光催化降解与机理分析40-42
• 3.4 本章小结42
• 参考文献42-46
• 第四章 C/Si/TiO_2@TiO_2-x复合材料的制备及性能研究46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 实验部分47-48
• 4.2.1 化学试剂47
• 4.2.2 实验过程47-48
• 4.2.3 仪器表征48
• 4.3 结果分析48-54
• 4.3.1 X射线衍射和拉曼光谱分析48-49
• 4.3.2 形貌分析49-50
• 4.3.3 红外光谱与紫外可见光谱分析50-51
• 4.3.4 电子顺磁共振和X射线光电子能谱51-53
• 4.3.5 荧光光谱分析,光催化降解与机理分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 参考文献55-58
• 第五章 Bi_2O_3@Bi/TiO_2@TiO_2-x/C复合材料的制备及性能研究58-68
• 5.1 引言58
• 5.2 实验部分58-59
• 5.2.1 化学试剂58
• 5.2.2 实验过程58-59
• 5.2.3 仪器表征59
• 5.3 结果分析59-64
• 5.3.1 X射线衍射和拉曼光谱分析59-60
• 5.3.2 X射线光电子能谱和电子顺磁共振60-62
• 5.3.3 形貌分析62-64
• 5.3.4 荧光光谱分析和光催化降解64
• 5.4 本章小结64-65
• 参考文献65-68
• 第六章 TiO_2@TiO_2-x材料的制备及形成机制研究68-77
• 6.1 引言68-69
• 6.2 实验部分69-70
• 6.2.1 化学试剂69
• 6.2.2 实验过程69
• 6.2.3 仪器表征69-70
• 6.3 结果分析70-75
• 6.3.1 X射线衍射和形貌分析70
• 6.3.2 光吸收和电子顺磁共振70-71
• 6.3.3 X射线光电子能谱71-73
• 6.3.4 形成机制研究73-74
• 6.3.5 光催化表现74-75
• 6.4 本章小结75
• 参考文献75-77
• 第七章 工作总结与展望77-79
• 7.1 工作总结77-78
• 7.2 展望78-79
• 致谢79-80
• 附录80-81

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