基于脱合金法制备、改性氧化钛及光催化性能研究

发布时间：2017-09-17 23:29

  本文关键词：基于脱合金法制备、改性氧化钛及光催化性能研究

  更多相关文章： 脱合金法 TiO_2改性 高比表面积 光催化 纳米结构

【摘要】：脱合金方法被广泛应用于制备多孔金属及氧化物修饰的多孔金属材料,然而对金属氧化物等半导体材料的研究相对较少。利用脱合金法制备纳米多孔材料是近年来纳米材料领域重要的研究方向,探索脱合金方法制备新型纳米功能材料对材料学科的发展及新型纳米材料的制备具有重要意义。光催化反应是高效利用太阳能的主要方式之一。其中二氧化钛是一种常用的光催化剂,被广泛应用到光催化降解有机污染物、光电转换、光解水制氢等多个领域。然而,纯TiO_2由于其较宽的禁带导致在可见光范围内几乎没有光响应,这极大限制了其实际应用。因此,采用先进手段制备及改性TiO_2,使其光响应范围扩展到可见光甚至近红外光区是一项研究热点。本文采用机械合金化和高真空单辊旋淬系统分别制备合金前驱体,以脱合金方法为基本制备手段,获得了高比表面积的金红石型和锐钛矿型TiO_2。通过调控合金的成分获得三元合金前驱体,成功制备了Ag、AgCl和Au纳米颗粒改性的锐钛矿TiO_2。此外,利用可见光或紫外光光降解甲基橙溶液试验,研究了所制备样品的光催化活性。具体研究结果如下:Cu-Ti合金作为前驱体时,在浓硝酸溶液中脱合金处理成功制备出具有纺锤状形貌的N掺杂金红石型TiO_2。将获得样品分别在紫外光和可见光下光降解甲基橙溶液,均表现出较高的光催化活性。Al-Ti合金作为前驱体时,在NaOH溶液中脱合金处理获得钛酸盐样品,结合煅烧、水浴和水热处理分别制备出了三维网状、无规则纳米颗粒团聚和纺锤状的锐钛矿型TiO_2,将获得样品在紫外光照射下均可光降解甲基橙溶液。另外,在Al-Ti前驱体合金的研究基础上,通过在二元合金中添加适量的金属Ag和Au分别获得Al-Ti-Ag和Al-Ti-Au三元合金前驱体。通过在NaOH溶液中进行脱合金处理,获得Ag或Au纳米颗粒负载的钛酸盐样品。对脱合金样品进行适当煅烧处理获得了Ag、Au纳米颗粒改性的锐钛矿TiO_2。此外,对Ag纳米颗粒负载的钛酸盐进行水浴处理又成功获得了AgCl颗粒改性的锐钛矿TiO_2。通过在紫外光或可见光照射下降解甲基橙溶液测试,获知Ag和Au纳米颗粒改性的锐钛矿TiO_2表现出较强的可见光催化活性,AgCl颗粒改性的锐钛矿TiO_2表现出增强的紫外光催化活性。本课题通过分析不同样品的光催化机理,表明Au和Ag纳米颗粒与锐钛矿TiO_2的良好接触是导致可见光催化活性提升的重要原因。
【关键词】：脱合金法 TiO_2改性 高比表面积 光催化 纳米结构
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;O643.36
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 符号说明10-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 光催化研究现状及进展11-13
• 1.1.1 半导体光催化反应的基本原理11-12
• 1.1.2 光催化剂的设计原则12-13
• 1.2 二氧化钛光催化剂的改性13-17
• 1.2.1 TiO_2光催化剂13-14
• 1.2.2 掺杂14-15
• 1.2.3 表面等离子响应15-16
• 1.2.4 二氧化钛的制备方法16-17
• 1.3 脱合金法17-18
• 1.3.1 脱合金定义17
• 1.3.2 脱合金反应的影响因素17-18
• 1.4 研究内容与意义18-21
• 1.4.1 本文研究意义18
• 1.4.2 本文研究目的及内容18-21
• 第二章 试验步骤与样品表征21-25
• 2.1 样品的制备21-23
• 2.1.1 氮掺杂金红石型TiO_2的制备21
• 2.1.2 锐钛矿TiO_2的制备21-22
• 2.1.3 光还原法制备Ag/TiO_2纳米材料22
• 2.1.4 三元合金前驱体制备AgCl/TiO_2、Ag/TiO_2、Au/TiO_222-23
• 2.2 光催化试验23-24
• 2.2.1 纯TiO_2的光催化性能测试23
• 2.2.2 贵金属修饰TiO_2光催化性能的测试23-24
• 2.3 样品的表征24-25
• 第三章 脱合金法制备金红石型和锐钛矿型二氧化钛及其光催化性能研究25-47
• 3.1 引言25-26
• 3.2 试验结果与讨论26-44
• 3.2.1 前驱体为Cu_(50)Ti_(50)非晶合金粉末26-32
• 3.2.2 前驱体为Cu_(80)Ti_(20)合金薄带32-38
• 3.2.3 前驱体合金为Al-Ti合金薄带38-44
• 3.3 本章小结44-47
• 第四章 贵金属改性锐钛矿二氧化钛及光催化性能测试47-75
• 4.1 引言47-48
• 4.2 试验结果与讨论48-73
• 4.2.1 光还原法制备Ag/TiO_2及其紫外光催化性能48-52
• 4.2.2 Al-Ti-Ag前驱体合金制备AgCl/TiO_2及其催化活性52-57
• 4.2.3 Al-Ti-Ag前驱体合金制备Ag/TiO_2及其催化活性57-65
• 4.2.4 Al-Ti-Au前驱体合金制备Au/TiO_2及其催化活性65-73
• 4.3 本章小结73-75
• 第五章 结论75-77
• 参考文献77-87
• 致谢87-89
• 附录89

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本文编号：872033