二氧化钛光催化材料的形貌可控制备及其改性研究
发布时间：2022-01-05 17:33
随着社会的进步和科技的发展,环境污染和能源危机日益严重。为了解决这些问题,研究者在自然界中的光合作用启发下研究光催化反应和光催化半导体。在众多光催化材料中,二氧化钛因无毒、环境友好、成本低廉、理化性能稳定以及催化氧化能力强等优点,被认为是最具应用前景的光催化剂。但Ti O2存在可见光响应弱、电子空穴易复合问题,严重制约了其广泛应用。本论文通过形貌尺寸改变、离子掺杂、复合结构构建等方法制备Ti O2光催化材料,详细探讨原料配方、工艺条件、工艺参数、形貌、结构、光催化性能之间的关系,为开发高效率、高性能Ti O2光催化剂提供新的思路和途径,对促进Ti O2的实际应用具有的社会经济意义。首先,搭建基本合成框架,以硫酸氧钛为原料、去离子水与正丙醇的混合溶液为溶剂,采用溶剂热法一步制备二氧化钛,研究了溶剂热温度和溶剂热时间对Ti O2微观形貌和光催化性能的影响。结果表明,得到的Ti O2微球形貌规则、分散性好,反应温度为90°C、时间为14 h时制得的样品性能最好,...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
构成二氧化钛的钛氧八面体示意图
第一章绪论3h++e-→heat(1.2)h++OH-→(·OH）(1.3)e-+O2→(·O2-）(1.4)(·OH）+pollutant→CO2+H2O(1.5)(·O2-）+pollutant→CO2+H2O(1.6)其中式（1.1）和（1.2）是光生电子和空穴产生及复合的过程，式（1.3）和（1.4）是产生活性物质超氧自由基和羟基自由基的过程，式（1.5）和（1.6）是活性物种与吸附的污染物发生氧化还原反应，将其矿化成CO2和H2O的过程。图1-2二氧化钛光催化的基本原理示意图Fig.1-2IllustrationofphotocatalyticactiveTiO2光催化反应的发生，首先取决于入射光对半导体材料的激发，随着半导体禁带宽度的不同，所需的入射光能量和波长也有所不同。实际上，在禁带宽度和入射光波长之间存在关系式：λg(nm)=1240/Eg(eV)(1.7)由此可知，光吸收范围取决于半导体的禁带宽度。当禁带宽度越窄，入射光波长越大，能使材料发生催化反应的波长范围就越宽。锐钛矿型和金红石型TiO2的禁带宽度分别为3.2eV和3.0eV，计算得出最大吸收波长分别为387nm和413nm，因此TiO2对可见光响应弱甚至没有响应[21]。此外，参见式（1.2），光生电子-空穴极易复合，低下的电荷分离效率严重影响了氧化还原反应（图1-2途径A和B）。这两大因素对TiO2光催化材料的应用具有极大限制。因此，寻求各种手段窄化禁带宽度、促进光生电子-空穴对的分离，是我们要解决的根本问题。
第一章绪论5求高，且该方法重复性略差[31]。目前，研究者们已经利用水热/溶剂热法制备出了不同微观形貌的TiO2，如一维的纳米线、纳米管，二维的纳米片、纳米带，三维的花状、蛋黄状等结构[32-36]。图1-3溶剂热法制备的TiO2纳米管的SEM和TEM图:(a)(b)煅烧前，(c)(d)500°C煅烧后[33]Fig.1-3SEMandTEMimagesoftheCNTs/TiO2before(a,b)andafter(c,d)calcinationat500°C
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni纳米粒子作为电子转移剂和NiSx作为产氢界面活性位协同增强TiO2光催化制氢性能（英文）[J]. 王苹,徐顺秋,陈峰,余火根. 催化学报. 2019(03)
博士论文
[1]高能{001}晶面暴露纳米单晶二氧化钛电催化降解有机污染物[D]. 刘畅.中国科学技术大学 2019
[2]多形貌纳米TiO2的可控合成和TiO2基复合光催化剂的制备及表征[D]. 李巍.中国地质大学(北京) 2019
[3]基于二氧化钛空心复合材料的制备及其光催化性能研究[D]. 王明贵.扬州大学 2017
[4]二氧化钛功能纳米光催化剂的制备及对环境有机污染物的降解行为研究[D]. 姜志锋.江苏大学 2016
[5]仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究[D]. 喻华兵.太原理工大学 2014
[6]聚苯胺/半导体金属氧化物基光敏材料的制备及其光电器件的设计[D]. 杨圣雪.东北师范大学 2013
[7]二氧化钛基光催化材料的微结构调控与性能增强[D]. 向全军.武汉理工大学 2012
[8]二氧化钛基复合光催化材料的制备及其性能研究[D]. 王文广.武汉理工大学 2012
[9]新型光催化纳米材料的分等级组装、改性及其活性[D]. 刘升卫.武汉理工大学 2009
[10]微细球形TiO2可控制备过程及其动力学研究[D]. 扈玫珑.重庆大学 2009
硕士论文
[1]水热法制备纳米二氧化钛的形貌调控及其光催化性能研究[D]. 陆祥坤.吉林大学 2019
[2]钨酸铋/介孔二氧化钛纳米管复合光催化剂对重金属—邻苯二甲酸酯的协同处理研究[D]. 何广英.华南理工大学 2019
[3]Au、Cu及Cu氧化物修饰对TiO2光催化活性的影响[D]. 邓鹏.电子科技大学 2019
[4]Ag、Bi修饰TiO2光催化降解甲苯的性能及机理研究[D]. 赖苗.陕西科技大学 2019
[5]NiO/Ni/TiO2和Ni（OH）2/Pt/TiO2纳米复合材料的制备及其光解水制氢性能的研究[D]. 任晓晨.哈尔滨工程大学 2019
[6]氮掺杂二氧化钛/生物炭的制备及其光催化性能的研究[D]. 史良于.西北大学 2018
[7]纳米二氧化钛的制备、改性及光催化性能研究[D]. 安青珍.河北大学 2011
本文编号：3570776
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
构成二氧化钛的钛氧八面体示意图
第一章绪论3h++e-→heat(1.2)h++OH-→(·OH）(1.3)e-+O2→(·O2-）(1.4)(·OH）+pollutant→CO2+H2O(1.5)(·O2-）+pollutant→CO2+H2O(1.6)其中式（1.1）和（1.2）是光生电子和空穴产生及复合的过程，式（1.3）和（1.4）是产生活性物质超氧自由基和羟基自由基的过程，式（1.5）和（1.6）是活性物种与吸附的污染物发生氧化还原反应，将其矿化成CO2和H2O的过程。图1-2二氧化钛光催化的基本原理示意图Fig.1-2IllustrationofphotocatalyticactiveTiO2光催化反应的发生，首先取决于入射光对半导体材料的激发，随着半导体禁带宽度的不同，所需的入射光能量和波长也有所不同。实际上，在禁带宽度和入射光波长之间存在关系式：λg(nm)=1240/Eg(eV)(1.7)由此可知，光吸收范围取决于半导体的禁带宽度。当禁带宽度越窄，入射光波长越大，能使材料发生催化反应的波长范围就越宽。锐钛矿型和金红石型TiO2的禁带宽度分别为3.2eV和3.0eV，计算得出最大吸收波长分别为387nm和413nm，因此TiO2对可见光响应弱甚至没有响应[21]。此外，参见式（1.2），光生电子-空穴极易复合，低下的电荷分离效率严重影响了氧化还原反应（图1-2途径A和B）。这两大因素对TiO2光催化材料的应用具有极大限制。因此，寻求各种手段窄化禁带宽度、促进光生电子-空穴对的分离，是我们要解决的根本问题。
第一章绪论5求高，且该方法重复性略差[31]。目前，研究者们已经利用水热/溶剂热法制备出了不同微观形貌的TiO2，如一维的纳米线、纳米管，二维的纳米片、纳米带，三维的花状、蛋黄状等结构[32-36]。图1-3溶剂热法制备的TiO2纳米管的SEM和TEM图:(a)(b)煅烧前，(c)(d)500°C煅烧后[33]Fig.1-3SEMandTEMimagesoftheCNTs/TiO2before(a,b)andafter(c,d)calcinationat500°C
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni纳米粒子作为电子转移剂和NiSx作为产氢界面活性位协同增强TiO2光催化制氢性能（英文）[J]. 王苹,徐顺秋,陈峰,余火根. 催化学报. 2019(03)
博士论文
[1]高能{001}晶面暴露纳米单晶二氧化钛电催化降解有机污染物[D]. 刘畅.中国科学技术大学 2019
[2]多形貌纳米TiO2的可控合成和TiO2基复合光催化剂的制备及表征[D]. 李巍.中国地质大学(北京) 2019
[3]基于二氧化钛空心复合材料的制备及其光催化性能研究[D]. 王明贵.扬州大学 2017
[4]二氧化钛功能纳米光催化剂的制备及对环境有机污染物的降解行为研究[D]. 姜志锋.江苏大学 2016
[5]仿生超疏水纳米材料/聚氨酯涂层的研究[D]. 喻华兵.太原理工大学 2014
[6]聚苯胺/半导体金属氧化物基光敏材料的制备及其光电器件的设计[D]. 杨圣雪.东北师范大学 2013
[7]二氧化钛基光催化材料的微结构调控与性能增强[D]. 向全军.武汉理工大学 2012
[8]二氧化钛基复合光催化材料的制备及其性能研究[D]. 王文广.武汉理工大学 2012
[9]新型光催化纳米材料的分等级组装、改性及其活性[D]. 刘升卫.武汉理工大学 2009
[10]微细球形TiO2可控制备过程及其动力学研究[D]. 扈玫珑.重庆大学 2009
硕士论文
[1]水热法制备纳米二氧化钛的形貌调控及其光催化性能研究[D]. 陆祥坤.吉林大学 2019
[2]钨酸铋/介孔二氧化钛纳米管复合光催化剂对重金属—邻苯二甲酸酯的协同处理研究[D]. 何广英.华南理工大学 2019
[3]Au、Cu及Cu氧化物修饰对TiO2光催化活性的影响[D]. 邓鹏.电子科技大学 2019
[4]Ag、Bi修饰TiO2光催化降解甲苯的性能及机理研究[D]. 赖苗.陕西科技大学 2019
[5]NiO/Ni/TiO2和Ni（OH）2/Pt/TiO2纳米复合材料的制备及其光解水制氢性能的研究[D]. 任晓晨.哈尔滨工程大学 2019
[6]氮掺杂二氧化钛/生物炭的制备及其光催化性能的研究[D]. 史良于.西北大学 2018
[7]纳米二氧化钛的制备、改性及光催化性能研究[D]. 安青珍.河北大学 2011
本文编号：3570776
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