原位碳改性TiO 2 光催化剂的设计、合成及其催化性能研究
发布时间：2023-03-27 18:24
随着现代工农业的迅猛发展,水污染问题日益加剧且严重威胁着人类健康。光催化技术是一种绿色高级氧化技术,在环境污染治理领域得到了广泛的应用,其中,二氧化钛(Ti02)光催化剂因其一系列优点而成为当今光催化研究的热点。然而,Ti02光催化剂也存在着一些缺点,如反应速率慢、量子化产率低、利用太阳能的能力较差以及对太阳光中的可见光部分利用率低等,从而严重阻碍其进一步应用。本论文旨在探索原位碳改性多孔／中空二氧化钛高效光催化剂的设计、合成及其在环境污染处理等方面的应用,该催化剂不仅能有效提高二氧化钛的可见光催化效率,而且还有利于克服现有制备碳改性二氧化钛需额外加入碳前驱体的技术缺点。并采用TEM、SEM、XRD、BET、XPS等测试手段对所合成的碳改性Ti02光催化剂的结构、形态进行了详细表征,并深入探讨了催化剂结构与光催化性能的构效关系。本文以乳液聚合法制备出的阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)为模板,以钛酸四丁酯(TBT)为钛源,通过在模板表面沉降TBT水解物,形成有序CPN/TiO2核壳结构微球,然后经程序升温至450℃时,在空气中煅烧去除CPN模板,制备出原位碳掺杂多孔二氧化钛光催化剂(C-...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 高效二氧化钛光催化剂的研究进展
1.2.1 实心二氧化钛
1.2.2 多孔二氧化钛
1.2.3 负载型TiO2光催化剂
1.2.4 掺杂/改性型TiO2光催化剂
1.3 TiO2改性光催化剂存在的问题
1.4 本论文的研究背景和意义
第二章 原位碳掺杂多孔TiO2光催化剂的设计与合成
2.1 引言
2.2 实验试剂与仪器
2.2.1 实验试剂
2.2.2 仪器与设备
2.3 实验方法
2.3.1 阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的制备
2.3.2 有序CPN/TiO2核壳结构复合材料的制备
2.3.3 原位碳掺杂多孔TiO2光催化剂(C-TiO2)的制备
2.3.4 测试与表征
2.4 结果与讨论
2.4.1 单分散性阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的制备
2.4.2 原位碳掺杂多孔TiO2光催化剂(C-TiO2)的设计与合成
2.4.3 C-TiO2催化剂的表面形态
2.4.4 C-TiO2催化剂的比表面积和孔径分布
2.4.5 C-TiO2催化剂的晶体结构
2.4.6 C-TiO2催化剂的化学结合能
2.4.7 C-TiO2催化剂的紫外-可见光吸收
2.5 本章小结
第三章 原位碳掺杂多孔TiO2的光催化性能与电化学行为
3.1 引言
3.2 实验试剂与仪器
3.2.1 实验试剂
3.2.2 仪器与设备
3.3 实验方法
3.3.1 碳掺杂多孔TiO2催化剂(C-TiO2)的制备
3.3.2 C-TiO2催化剂可见光催化活性测定
3.3.3 C-TiO2催化剂紫外光催化活性测定
3.3.4 碳掺杂多孔TiO2电极的制作
3.3.5 碳掺杂多孔TiO2电极电化学性能测定
3.4 结果与讨论
3.4.1 C-TiO2催化剂的可见光催化行为
3.4.2 C-TiO2催化剂的紫外光催化行为
3.4.3 C-TiO2纳米粒子的电化学行为
3.5 本章小结
第四章 高碳含量中空TiO2光催化剂的设计与合成
4.1 引言
4.2 实验试剂与仪器
4.2.1 实验试剂
4.2.2 仪器与设备
4.3 实验方法
4.3.1 阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的制备
4.3.2 有序CPN/TiO2核壳结构复合材料的制备
4.3.3 高碳含量中空TiO2催化剂的制备
4.3.4 壳层可控中空TiO2催化剂的制备
4.3.5 测试与表征
4.4 结果与讨论
4.4.1 单分散性阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的设计与合成
4.4.2 高碳含量中空TiO2催化剂(C/TiO2)的制备
4.4.3 C/TiO2催化剂的形态结构
4.4.4 C/TiO2催化剂的比表面积和孔径分布
4.4.5 C/TiO2催化剂的晶型分析
4.4.6 C/TiO2催化剂的化学结合能
4.4.7 C/TiO2催化剂的外貌与紫外-可见光吸收
4.4.8 壳层可控中空C/TiO2的制备和形态结构
4.4.9 壳层可控中空C/TiO2的比表面积和孔径分布
4.4.10 壳层可控中空C/TiO2的晶型分析
4.4.11 壳层可控中空C/TiO2的紫外-可见光吸收
4.5 本章小结
第五章 高碳含量中空TiO2光催化剂的催化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂
5.2.2 仪器与设备
5.3 实验方法
5.3.1 高碳含量中空TiO2催化剂(C/TiO2)的制备
5.3.2 壳层可控C/TiO2催化剂的制备
5.3.3 催化剂可见光催化活性测定
5.3.4 催化剂紫外光催化活性测定
5.3.5 可见光催化效率对比性评估
5.4 结果与讨论
5.4.1 C/TiO2催化剂的可见光催化行为
5.4.2 C/TiO2催化剂的紫外光催化行为
5.4.3 壳层可控中空C/TiO2的可见光催化行为
5.4.4 壳层可控中空C/TiO2的紫外光催化活性
5.4.5 与蓝色TiO2可见光催化活性对比
5.4.6 与WO3改性TiO2可见光催化活性对比
5.4.7 与银改性TiO2可见光催化活性对比
5.4.8 高碳含量的中空TiO2暗室吸附研究
5.5 本章小结
第六章 银/碳共改性中空TiO2光催化剂的设计与合成
6.1 引言
6.2 实验试剂与仪器
6.2.1 实验试剂
6.2.2 仪器与设备
6.3 实验方法
6.3.1 高碳含量中空TiO2微球的制备
6.3.2 银/碳共改性中空TiO2微球的制备
6.3.3 不同银量Ag-C/TiO2微球的制备
6.3.4 测试与表征
6.4 结果与讨论
6.4.1 Ag-C/TiO2微球的设计与合成
6.4.2 Ag-C/TiO2微球的形态结构
6.4.3 Ag-C/TiO2微球的比表面积和孔径分布
6.4.4 Ag-C/TiO2微球的晶型分析
6.4.5 Ag-C/TiO2微球的化学结合能
6.4.6 Ag-C/TiO2微球的紫外-可见吸收及其禁带宽度
6.4.7 不同银含量Ag-C/TiO2微球的形态结构
6.4.8 不同银含量Ag-C/TiO2微球的比表面积和孔径分布
6.4.9 不同银含量Ag-C/TiO2微球的紫外-可见吸收及其禁带宽度
6.5 本章小结
第七章 银/碳共改性中空TiO2光催化剂的催化性能研究
7.1 引言
7.2 实验试剂与设备
7.2.1 实验试剂
7.2.2 仪器与设备
7.3 实验方法
7.3.1 银/碳共改性中空TiO2光催化剂的制备
7.3.2 不同银含量Ag-C/TiO2可见光催化剂的制备
7.3.3 Ag-C/TiO2可见光催化活性测定
7.3.4 不同银含量Ag-C/TiO2可见光催化活性测定
7.3.5 紫外光催化活性测定
7.3.6 与C/TiO2可见光催化活性对比
7.3.7 对比性可见光催化效率评估
7.4 结果与讨论
7.4.1 Ag-C/TiO2催化剂的可见光催化行为
7.4.2 不同银含量Ag-C/TiO2可见光催化活性
7.4.3 Ag-C/TiO2催化剂的紫外光催化活性
7.4.4 与C/TiO2可见光催化活性对比
7.4.5 与蓝色TiO2可见光催化活性对比
7.4.6 与WO3改性TiO2可见光催化活性对比
7.4.7 与银改性二氧化钛可见光催化活性对比
7.5 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 论文创新点
8.3 存在问题及展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及专著章节
致谢
本文编号：3772632
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【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 高效二氧化钛光催化剂的研究进展
1.2.1 实心二氧化钛
1.2.2 多孔二氧化钛
1.2.3 负载型TiO2光催化剂
1.2.4 掺杂/改性型TiO2光催化剂
1.3 TiO2改性光催化剂存在的问题
1.4 本论文的研究背景和意义
第二章 原位碳掺杂多孔TiO2光催化剂的设计与合成
2.1 引言
2.2 实验试剂与仪器
2.2.1 实验试剂
2.2.2 仪器与设备
2.3 实验方法
2.3.1 阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的制备
2.3.2 有序CPN/TiO2核壳结构复合材料的制备
2.3.3 原位碳掺杂多孔TiO2光催化剂(C-TiO2)的制备
2.3.4 测试与表征
2.4 结果与讨论
2.4.1 单分散性阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的制备
2.4.2 原位碳掺杂多孔TiO2光催化剂(C-TiO2)的设计与合成
2.4.3 C-TiO2催化剂的表面形态
2.4.4 C-TiO2催化剂的比表面积和孔径分布
2.4.5 C-TiO2催化剂的晶体结构
2.4.6 C-TiO2催化剂的化学结合能
2.4.7 C-TiO2催化剂的紫外-可见光吸收
2.5 本章小结
第三章 原位碳掺杂多孔TiO2的光催化性能与电化学行为
3.1 引言
3.2 实验试剂与仪器
3.2.1 实验试剂
3.2.2 仪器与设备
3.3 实验方法
3.3.1 碳掺杂多孔TiO2催化剂(C-TiO2)的制备
3.3.2 C-TiO2催化剂可见光催化活性测定
3.3.3 C-TiO2催化剂紫外光催化活性测定
3.3.4 碳掺杂多孔TiO2电极的制作
3.3.5 碳掺杂多孔TiO2电极电化学性能测定
3.4 结果与讨论
3.4.1 C-TiO2催化剂的可见光催化行为
3.4.2 C-TiO2催化剂的紫外光催化行为
3.4.3 C-TiO2纳米粒子的电化学行为
3.5 本章小结
第四章 高碳含量中空TiO2光催化剂的设计与合成
4.1 引言
4.2 实验试剂与仪器
4.2.1 实验试剂
4.2.2 仪器与设备
4.3 实验方法
4.3.1 阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的制备
4.3.2 有序CPN/TiO2核壳结构复合材料的制备
4.3.3 高碳含量中空TiO2催化剂的制备
4.3.4 壳层可控中空TiO2催化剂的制备
4.3.5 测试与表征
4.4 结果与讨论
4.4.1 单分散性阳离子聚苯乙烯纳米粒子(CPN)的设计与合成
4.4.2 高碳含量中空TiO2催化剂(C/TiO2)的制备
4.4.3 C/TiO2催化剂的形态结构
4.4.4 C/TiO2催化剂的比表面积和孔径分布
4.4.5 C/TiO2催化剂的晶型分析
4.4.6 C/TiO2催化剂的化学结合能
4.4.7 C/TiO2催化剂的外貌与紫外-可见光吸收
4.4.8 壳层可控中空C/TiO2的制备和形态结构
4.4.9 壳层可控中空C/TiO2的比表面积和孔径分布
4.4.10 壳层可控中空C/TiO2的晶型分析
4.4.11 壳层可控中空C/TiO2的紫外-可见光吸收
4.5 本章小结
第五章 高碳含量中空TiO2光催化剂的催化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验试剂
5.2.2 仪器与设备
5.3 实验方法
5.3.1 高碳含量中空TiO2催化剂(C/TiO2)的制备
5.3.2 壳层可控C/TiO2催化剂的制备
5.3.3 催化剂可见光催化活性测定
5.3.4 催化剂紫外光催化活性测定
5.3.5 可见光催化效率对比性评估
5.4 结果与讨论
5.4.1 C/TiO2催化剂的可见光催化行为
5.4.2 C/TiO2催化剂的紫外光催化行为
5.4.3 壳层可控中空C/TiO2的可见光催化行为
5.4.4 壳层可控中空C/TiO2的紫外光催化活性
5.4.5 与蓝色TiO2可见光催化活性对比
5.4.6 与WO3改性TiO2可见光催化活性对比
5.4.7 与银改性TiO2可见光催化活性对比
5.4.8 高碳含量的中空TiO2暗室吸附研究
5.5 本章小结
第六章 银/碳共改性中空TiO2光催化剂的设计与合成
6.1 引言
6.2 实验试剂与仪器
6.2.1 实验试剂
6.2.2 仪器与设备
6.3 实验方法
6.3.1 高碳含量中空TiO2微球的制备
6.3.2 银/碳共改性中空TiO2微球的制备
6.3.3 不同银量Ag-C/TiO2微球的制备
6.3.4 测试与表征
6.4 结果与讨论
6.4.1 Ag-C/TiO2微球的设计与合成
6.4.2 Ag-C/TiO2微球的形态结构
6.4.3 Ag-C/TiO2微球的比表面积和孔径分布
6.4.4 Ag-C/TiO2微球的晶型分析
6.4.5 Ag-C/TiO2微球的化学结合能
6.4.6 Ag-C/TiO2微球的紫外-可见吸收及其禁带宽度
6.4.7 不同银含量Ag-C/TiO2微球的形态结构
6.4.8 不同银含量Ag-C/TiO2微球的比表面积和孔径分布
6.4.9 不同银含量Ag-C/TiO2微球的紫外-可见吸收及其禁带宽度
6.5 本章小结
第七章 银/碳共改性中空TiO2光催化剂的催化性能研究
7.1 引言
7.2 实验试剂与设备
7.2.1 实验试剂
7.2.2 仪器与设备
7.3 实验方法
7.3.1 银/碳共改性中空TiO2光催化剂的制备
7.3.2 不同银含量Ag-C/TiO2可见光催化剂的制备
7.3.3 Ag-C/TiO2可见光催化活性测定
7.3.4 不同银含量Ag-C/TiO2可见光催化活性测定
7.3.5 紫外光催化活性测定
7.3.6 与C/TiO2可见光催化活性对比
7.3.7 对比性可见光催化效率评估
7.4 结果与讨论
7.4.1 Ag-C/TiO2催化剂的可见光催化行为
7.4.2 不同银含量Ag-C/TiO2可见光催化活性
7.4.3 Ag-C/TiO2催化剂的紫外光催化活性
7.4.4 与C/TiO2可见光催化活性对比
7.4.5 与蓝色TiO2可见光催化活性对比
7.4.6 与WO3改性TiO2可见光催化活性对比
7.4.7 与银改性二氧化钛可见光催化活性对比
7.5 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 论文创新点
8.3 存在问题及展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及专著章节
致谢
本文编号：3772632
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