太阳光响应型TiO 2 薄膜电极光电催化性能及机制研究
发布时间：2022-08-23 22:07
目前,能源开采及利用过程中造成的生态破坏和工业化发展带来的环境污染,成为威胁人类社会的两个重大课题。因此,研发高效利用太阳能、生态环保的光电催化新材料和新技术,解决环境污染和能源危机问题,成为全球研究的热点和焦点。本文利用阳极氧化法在钛基上制备了太阳光响应型Ti02薄膜电极,并通过对电解液体系、氧化电压和时间、煅烧温度和方式等参数的研究,实现了此TiO2薄膜电极的可控制备,初步探讨了此薄膜电极的生长机理:并在此基础上考察了此TiO2薄膜电极的光电催化制氢效率,及对印染废水的光电催化降解活性;最后对此Ti02薄膜电极的潜在生态风险进行了评价,为其安全使用提供了理论基础和科学依据。本文得到的主要结果和结论如下:（1）太阳光响应型Ti02薄膜电极的制备及生长机理通过系统地研究电解液成分、阳极氧化电压和时间、煅烧温度及方式等影响因素,确定了最优制备条件。阳极氧化制备的氧化膜为无定型态,400 ℃煅烧后转化为锐钛矿型,450 ℃出现锐钛矿/金红石混合晶型,600 ℃基本转化为金红石型。薄膜为松子状结构,薄膜包含Ti、O、N、C四种元素,N元素以取代态、间隙态及分子吸附的方式掺杂在Ti02晶格。薄...
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 纳米TiO_2光催化材料概述
1.2.2 TiO_2薄膜光催化材料的制备
1.2.3 TiO_2薄膜光催化材料的改性
1.2.4 TiO_2薄膜光电催化分解水制氢
1.2.5 TiO_2薄膜光催化降解污染物
1.2.6 TiO_2光催化材料生态风险评价
1.3 研究目的与内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 研究技术路线
2 材料与方法
2.1 材料和试剂
2.2 仪器与设备
2.3 TiO_2薄膜电极的制备
2.4 TiO_2薄膜电极结构性能表征方法
2.4.1 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)
2.4.2 X射线衍射(XRD)
2.4.3 拉曼光谱(Raman)
2.4.4 X射线电子能谱(XPS)
2.4.5 电子自旋共振(ESR)
2.4.6 紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-vis-NIR)
2.4.7 电化学性能测试
2.5 TiO_2薄膜电极光电催化分解水制氢
2.5.1 实验装置
2.5.2 实验方法
2.6 TiO_2薄膜电极光电催化降解污染物
2.6.1 实验装置
2.6.2 实验方法
2.7 TiO_2薄膜电极潜在生态风险评价
2.7.1 TiO_2薄膜电极对水稻的植物毒性研究
2.7.2 TiO_2薄膜电极对斑马鱼幼鱼的急性毒性研究
2.8 数据处理与分析
3 太阳光响应型TiO_2薄膜电极的制备及生长机理
3.1 TiO_2薄膜电极的形貌结构
3.1.1 电解液体系对形貌结构的影响
3.1.2 阳极氧化电位对形貌结构的影响
3.1.3 阳极氧化时间对形貌结构的影响
3.2 TiO_2薄膜电极的晶型
3.2.1 煅烧温度对TiO_2薄膜电极晶型的影响
3.2.2 煅烧方式对TiO_2薄膜电极晶型的影响
3.3 TiO_2薄膜电极的化学组态
3.4 TiO_2薄膜电极的晶格缺陷
3.5 TiO_2薄膜电极的光吸收性能
3.6 TiO_2薄膜电极的电化学性能
3.7 TiO_2薄膜电极的生长机理
3.8 TiO_2薄膜电极的太阳光响应机制
3.9 本章小结
4 太阳光响应型TiO_2薄膜电极光电催化制氢性能与机制
4.1 阴极材料对光电催化制氢的影响
4.2 电解液对光电催化制氢的影响
4.3 阳极氧化电解液体系对光电催化制氢的影响
4.4 阳极氧化电压和时间对光电催化制氢的影响
4.5 煅烧温度和煅烧方式对光电催化制氢的影响
4.6 光源对光电催化制氢的影响
4.7 薄膜电极光电催化制氢的稳定性
4.8 薄膜电极光电催化制氢机制
4.9 本章小结
5 太阳光响应型TiO_2薄膜电极光电催化降解污染物性能与机制
5.1 非光电催化过程对MO降解的影响
5.2 电解液体系对MO降解的影响
5.3 氧化电压和时间对MO降解的影响
5.4 煅烧温度和煅烧方式对MO降解的影响
5.5 外加偏压
5.6 溶液初始PH值
5.7 动力学分析
5.8 总有机碳去除率
5.9 薄膜电极光电催化稳定性能
5.10 薄膜电极光电催化降解实际印染废水
5.11 薄膜电极光电催化降解机制
5.12 本章小结
6 太阳光晌应型TiO_2薄膜电极潜在生态风险评价
6.1 TiO_2薄膜电极对水稻的植物毒性研究
6.1.1 TiO_2薄膜电极对水稻种子萌芽的影响
6.1.2 TiO_2薄膜电极处理对水稻幼苗形态建成的影响
6.1.3 TiO_2薄膜电极对水稻幼苗生理特征的影响
6.2 TiO_2薄膜电极对斑马鱼幼鱼的急性毒性研究
6.3 本章小结
7 论文结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的研究成果
本文编号：3678569
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 国内外研究进展
1.2.1 纳米TiO_2光催化材料概述
1.2.2 TiO_2薄膜光催化材料的制备
1.2.3 TiO_2薄膜光催化材料的改性
1.2.4 TiO_2薄膜光电催化分解水制氢
1.2.5 TiO_2薄膜光催化降解污染物
1.2.6 TiO_2光催化材料生态风险评价
1.3 研究目的与内容
1.3.1 研究目的
1.3.2 研究内容
1.3.3 研究技术路线
2 材料与方法
2.1 材料和试剂
2.2 仪器与设备
2.3 TiO_2薄膜电极的制备
2.4 TiO_2薄膜电极结构性能表征方法
2.4.1 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)
2.4.2 X射线衍射(XRD)
2.4.3 拉曼光谱(Raman)
2.4.4 X射线电子能谱(XPS)
2.4.5 电子自旋共振(ESR)
2.4.6 紫外-可见-近红外吸收光谱(UV-vis-NIR)
2.4.7 电化学性能测试
2.5 TiO_2薄膜电极光电催化分解水制氢
2.5.1 实验装置
2.5.2 实验方法
2.6 TiO_2薄膜电极光电催化降解污染物
2.6.1 实验装置
2.6.2 实验方法
2.7 TiO_2薄膜电极潜在生态风险评价
2.7.1 TiO_2薄膜电极对水稻的植物毒性研究
2.7.2 TiO_2薄膜电极对斑马鱼幼鱼的急性毒性研究
2.8 数据处理与分析
3 太阳光响应型TiO_2薄膜电极的制备及生长机理
3.1 TiO_2薄膜电极的形貌结构
3.1.1 电解液体系对形貌结构的影响
3.1.2 阳极氧化电位对形貌结构的影响
3.1.3 阳极氧化时间对形貌结构的影响
3.2 TiO_2薄膜电极的晶型
3.2.1 煅烧温度对TiO_2薄膜电极晶型的影响
3.2.2 煅烧方式对TiO_2薄膜电极晶型的影响
3.3 TiO_2薄膜电极的化学组态
3.4 TiO_2薄膜电极的晶格缺陷
3.5 TiO_2薄膜电极的光吸收性能
3.6 TiO_2薄膜电极的电化学性能
3.7 TiO_2薄膜电极的生长机理
3.8 TiO_2薄膜电极的太阳光响应机制
3.9 本章小结
4 太阳光响应型TiO_2薄膜电极光电催化制氢性能与机制
4.1 阴极材料对光电催化制氢的影响
4.2 电解液对光电催化制氢的影响
4.3 阳极氧化电解液体系对光电催化制氢的影响
4.4 阳极氧化电压和时间对光电催化制氢的影响
4.5 煅烧温度和煅烧方式对光电催化制氢的影响
4.6 光源对光电催化制氢的影响
4.7 薄膜电极光电催化制氢的稳定性
4.8 薄膜电极光电催化制氢机制
4.9 本章小结
5 太阳光响应型TiO_2薄膜电极光电催化降解污染物性能与机制
5.1 非光电催化过程对MO降解的影响
5.2 电解液体系对MO降解的影响
5.3 氧化电压和时间对MO降解的影响
5.4 煅烧温度和煅烧方式对MO降解的影响
5.5 外加偏压
5.6 溶液初始PH值
5.7 动力学分析
5.8 总有机碳去除率
5.9 薄膜电极光电催化稳定性能
5.10 薄膜电极光电催化降解实际印染废水
5.11 薄膜电极光电催化降解机制
5.12 本章小结
6 太阳光晌应型TiO_2薄膜电极潜在生态风险评价
6.1 TiO_2薄膜电极对水稻的植物毒性研究
6.1.1 TiO_2薄膜电极对水稻种子萌芽的影响
6.1.2 TiO_2薄膜电极处理对水稻幼苗形态建成的影响
6.1.3 TiO_2薄膜电极对水稻幼苗生理特征的影响
6.2 TiO_2薄膜电极对斑马鱼幼鱼的急性毒性研究
6.3 本章小结
7 论文结论与展望
7.1 主要结论
7.2 创新点
7.3 研究展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间取得的研究成果
本文编号：3678569
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