基于二氧化钛团聚球的异质结纳米材料的合成及催化研究

发布时间：2018-03-16 18:27

  本文选题：二氧化钛　切入点：团聚球　出处：《重庆大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：自从上世纪20年代早期开始大规模商业化生产以来,二氧化钛这种具有独特半导体与催化性能的材料就受到了人们的广泛关注。作为一种典型的宽带隙氧化物半导体材料,二氧化钛以其优异的环境稳定性、高催化活性、无毒性、耐光腐蚀、制备容易与成本低廉等优点,成为了应用最为广泛的半导体催化材料之一。然而,在实际应用中,较低的量子效率、较窄的光响应范围与难以回收再利用等客观存在的问题很大程度的制约了其在催化领域的应用。因此,在实际应用中常利用表面负载与改性以期获得改善的二氧化钛性能,其中最为典型的就是异质结结构改性。本论文的主要内容即为基于二氧化钛团聚球的异质结纳米材料的合成与催化应用,主要工作如下:1)利用改良的溶胶-凝胶法制备得到了直径分布为370-450 nm的二氧化钛纳米颗粒团聚球(Ti O2 nanoparticle aggregated sphere,Ti O2 NPAS),该团聚体由粒径尺寸19.0至21.0 nm的锐钛矿晶相二氧化钛纳米颗粒构成。通过正交对比实验确定了制备过程中的最优条件,并系统的研究了其结构组成与形成机理。2)在已经制备得到Ti O2 NPAS的基础上,采用化学共沉淀法,通过氧化银纳米颗粒的负载,获得了一系列不同Ti O2/Ag2O重量比的氧化银负载改性二氧化钛纳米颗粒团聚球(Ag2O/Ti O2 NPAS)光催化剂。氧化银纳米颗粒均匀的负载于Ti O2NPAS的表面,呈相互独立的状态,其颗粒直径约为10.0-60.0 nm。在模拟太阳光下,利用这种Ag2O/Ti O2 NPAS获得的最佳光催化降解效果为60分钟完全降解14mg/L的甲基橙水溶液。研究中,我们初步探索了该异质结结构的形成机理与影响因素,并研究了该体系的光催化机理。3)利用光化学还原反应,通过等离子体光催化剂的负载,获得了一系列不同负载量的银-氯化银@二氧化钛纳米颗粒团聚球(Ag-Ag Cl@Ti O2 NPAS)光催化剂和银-溴化银@二氧化钛纳米颗粒团聚球(Ag-Ag Br@Ti O2 NPAS)光催化剂,并研究了这两种体系在可见光下的光催化应用。样品中,负载于Ti O2 NPAS表面的Ag-Ag Cl纳米颗粒和Ag-Ag Br纳米颗粒的粒径约为5.0-15.0 nm,呈单分散的紧密连接状态。两种样品均可以在较宽的负载量变化范围内分别达到可见光下60分钟和40分钟完全降解14 mg/L甲基橙水溶液的降解效果。通过系统的表征,我们初步探讨了Ag-Ag Cl@Ti O2 NPAS体系和Ag-Ag Br@Ti O2 NPAS体系可见光光催化机理的异同。4)通过经过改良的化学共沉淀法在已经获得的Ti O2 NPAS样品表面负载铂纳米颗粒,制备得到了一种新型的铂-二氧化钛纳米颗粒团聚球(Pt/Ti O2 NPAS)电催化剂。该样品的粒径分布约为450-600 nm,其表面负载的铂纳米颗粒粒径为8.0-20.0 nm。与商业常用Pt/炭黑体系电催化剂相比,Pt/Ti O2 NPAS体系在硫酸电解液或者氢氧化钾电解液中均表现出了更加优异的电催化氧化甲醇或者乙醇性能。电化学表征结果表明该体系主要具有三方面的优势:1.更大的气-液-固三相界面;2.更多的孔洞与气液交换通道;3.电解质-工作电极界面上具有更快的电子转移速率。5)利用溶剂热法,合成出了由锐钛矿和Ti O2(B)混合相二氧化钛纳米片自组装形成的二氧化钛纳米片团聚球(Ti O2 nanosheet aggregated sphere,Ti O2 NSAS)。这种Ti O2 NSAS样品由顶端相互连接的混合相二氧化钛纳米片,由内向外自组装团聚形成,其直径分布范围约为2.5-4.5μm。通过系统的表征手段,研究了Ti O2NSAS内混合晶相的形成机理与影响因素。6)利用溶胶-凝胶法辅助的溶剂热反应,一步制备出了与Ti O2 NSAS样品具有相同形貌结构的一系列不同氧化银负载量的Ag2O/Ti O2 NSAS样品。Ag2O/Ti O2NSAS样品内氧化银纳米颗粒均匀的负载于Ti O2 NSAS结构中的混合相纳米片表面,其粒径分布约为5.0-15.0 nm。利用制备得到的Ag2O/Ti O2 NSAS样品达到了可见光下55分钟完全降解14 mg/L甲基橙水溶液的优异降解效果。在这种氧化银-混合相二氧化钛三元异质结结构体系内,锐钛矿二氧化钛发挥了至关重要的作用。在可见光照射过程中,三元异质结结构中的锐钛矿二氧化钛既作为负载基底,同时亦主导了体系内的电荷转移。而Ti O2(B)相二氧化钛与氧化银则作为可见光敏化剂分别提高了Ag2O/Ti O2 NSAS样品体系的光催化活性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O614.411;TB383.1

【共引文献】

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本文编号：1621166