钛基底上一维二氧化钛复合光催化剂的制备及其可见光催化性能研究

发布时间：2018-04-13 12:16

  本文选题：二氧化钛 + 固定化光催化剂　； 参考：《华南理工大学》2015年博士论文

【摘要】：纳米二氧化钛(Ti O2)是最为重要的一种光催化剂,被广泛应用于环境治理、光解水制氢、太阳能电池、传感器等方面。近年来关于构建特殊结构和形貌的Ti O2纳米材料的研究与日俱增,特别是在光催化环境治理的应用中为了便于分离和回收使用的需要,固定化Ti O2复合材料(结构化催化剂)的研究越来越具有吸引力,受到国内外研究者的关注。本文以金属钛片为钛源和基底,采用水热法和阳极氧化法在钛基表面制备了特殊结构的Ti O2纳米带、Ti O2纳米管和Ti O2纳米棒等固定化的一维材料;采用贵金属沉积、半导体复合和Ti3+自掺杂改性等方法制备了具有可见光催化活性的复合光催化剂;利用FE-SEM、XRD、TEM、XPS、UV-Vis/DRS等手段对复合催化剂的结构和形貌进行了表征,并详细地研究了它们的光电性能及光催化性能。具体内容如下(1)采用改进的碱溶热法在金属Ti片表面制备了固定化的Ti O2纳米带,然后采用浸渍沉淀法制备了Ag I/Ti O2纳米带复合光催化剂。Ti O2纳米带宽度为几十至一百纳米,长度可达数十微米,带与带之间纵横交错,形成了孔隙率很高的卷曲状网络结构;Ti O2纳米带表面的纳米Ag I颗粒负载的数量和分散程度可以通过浸渍次数来控制。在最佳浸渍次数为3次条件下,直径为5~8nm的Ag I颗粒均匀地负载在Ti O2的纳米带上,其复合催化剂不仅保持了紫外区域的光吸收,而且吸收边缘拓宽至可见光区(约450nm)。在可见光照射下,Ag I/Ti O2纳米带复合催化剂光电流密度是纯Ti O2纳米带的6倍;在100分钟内,可见光催化AO-II脱色率可达86%,催化剂经过四次重复使用后,光催化降解效率仍达70%,表现了良好的可见光的活性及重复使用性能。光催机理研究表明,该催化体系中?O2-为主要活性物种;Ag I和Ti O2的能带位置相匹配,形成异质结构使光生电子能有效分离并发生转移,提高了可见光催化活性,同时抑制了Ag I的光分解,提高了稳定性。(2)以钛片为钛源和基底,在含F-的甘油体系的电解液中通过25V直流电压阳极氧化氧化2h,制备固定化的锐钛矿Ti O2纳米管,然后采用低温多元醇还原法制备了Ag/Ti O2纳米管等离子体复合催化剂。制备的纳米管高度有序,直径可以达到100纳米,壁厚约10 nm;Ag颗粒平均粒径为8 nm,均匀分散于Ti O2纳米管的管内和管外。分析表明,Ag/Ti O2纳米管复合物光谱的吸收边缘发生了红移,在410 nm出现一个局部等离子共振的宽峰,导致可见光电流是纯Ti O2纳米管15倍以上;EIS证实了该复合物表面电子迁移率得到提高,促进了光生电子-空穴对有效分离并发生转移。在可见光下降解AO-II结果表明,Ag/Ti O2纳米管2 h内光催化效率达到40%,是纯Ti O2纳米管的6.7倍;在0.2 V偏压下其光电催化效率提高到60%。(3)以钛片为钛源采用阳极氧化法制备固定化的锐钛矿Ti O2纳米管,然后以Ti O2纳米管作载体和反应物,在不使用任何模板的情况下,采用水热法成功制备出Bi2Ti2O7/Ti O2纳米管复合光催化剂。电镜分析表明,所负载的Bi2Ti2O7为八面体结构,平均粒径为200 nm左右,部分地嵌入到Ti O2纳米管内,其数量可以通过前驱体的浓度控制。采用XRD和XPS确对其物相和化学价态进行了确证;光谱分析表明复合催化剂提高了可见光区域的光吸收,促进了光生电子和空穴的有效分离。在可见光照射下,Bi2Ti2O7/Ti O2-2复合材料光电流最大,达到9.2μA/cm2,是纯Ti O2的6.5倍;可见光下5h,降解AO-II的效率达到60%;该催化剂四次重复使用后,光降解效率仍然达到52%,表明Bi2Ti2O7/Ti O2纳米管复合催化剂具有良好的可见光活性及重复使用性能。(4)在HCl浓度为0.5M,反应温度为220℃,反应时间为12 h的最优条件下,在钛片上采用一步水热法制备了金红石Ti3+自掺杂Ti O2纳米棒。所制备的Ti O2纳米棒宽度变化范围是约50-250 nm左右,长度约为600 nm。经过不同气氛(Ar、Air、H2)的热处理,其结果是:氢气处理得到样品的光电流密度最大,其原因是氢气处理产生了更多的Ti3+提高了光电性能;氩气处理的要比空气处理大,产生这种差异的原因可能是一步水热法样品本身含Ti3+,氩气热处理的巩固了这种Ti3+,而空气热处理使Ti3+转化为Ti4+。通过设计N2H4还原,进一步提高了Ti3+/Ti O2纳米棒光电催化性能。
[Abstract]:In this paper , the structure and morphology of TiO 2 nano - band , Ti 2O 2 nanotubes and Ti O 2 nanorods with special structure have been studied by means of hydrothermal method and anodic oxidation method . The photocatalytic degradation efficiency of TiO 2 nano - band is up to 70 % . An Ag / Ti O2 nanotube plasma composite catalyst was prepared by oxidation and oxidation of Ag / Ti O2 nanotubes by 25 V DC voltage anodization for 2 hours . The results showed that the photocatalytic efficiency of Ag / Ti O2 nanotube composite was over 15 times . The results showed that the photocatalytic efficiency of Ag / Ti O2 nanotubes was 40 % , which was 6.7 times that of pure Ti O2 nanotubes . The photocatalytic efficiency of Ag / Ti O2 nanotubes was improved to 60 % under the bias of 0.2 V . ( 3 ) The immobilized anatase Ti 2O 2 nanotubes were prepared by anodic oxidation with Ti sheet as a titanium source , and then Ti 2O 2 nanotubes were used as carriers and reactants . ( 4 ) The Ti3 + self - doped Ti3 + self - doped Ti O 2 nanorods were prepared by a one - step hydrothermal method at the HCl concentration of 0.5M , reaction temperature of 220 鈩，

本文编号：1744450