介孔TiO2的合成、表征及其稀土离子掺杂改性的研究

论文摘要

本研究通过大量的实验摸索,探讨了不同模板剂种类、不同的模板剂与钛源摩尔比、煅烧温度以及溶剂用量等反应条件对产物的影响,得出了介孔TiO2的最佳制备条件,并首次将具有廉价、无毒、易去除、用量少等优点的PEG-1000和C16PyBr组成的混合表面活性剂,采用溶胶-凝胶法在室温下制备出了比表面积较大,孔径分布均匀,稳定性较好的介孔TiO2。在此基础上,为提高介孔TiO2的光催化活性,实现其可见光响应,尝试了将稀土离子钐、镝和镨掺杂到介孔TiO2中。以XRD、TEM、N2吸附-脱附分析、TG-DTA、UV-vis和降解实验等表征方法和手段对合成的样品进行表征对比和分析,取得了较好的实验结果。结果表明,与其它三种单一模板剂:十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、溴代十六烷基吡啶（C16PyBr）、聚乙二醇-1000（PEG-1000）合成的介孔TiO2相比,由C16PyBr和PEG-1000以摩尔比为7.5:1的比例组成的混合模板剂合成介孔TiO2,在500℃下有氧煅烧2小时,可以得到孔径分布均匀、比表面积为314.7 m2/g且可稳定到550℃的介孔TiO2。降解实验表明,此法得到的介孔TiO2在紫外光的照射下2小时,对甲基橙的降解率高达72.59%,高于采用单一模板剂合成介孔TiO2对甲基橙的降解率。稀土元素的掺杂对介孔TiO2的光催化活性的影响显著:钐的引入使介孔TiO2的吸收强度明显降低;镝的引入使介孔TiO2的吸收强度有所提高,吸收边带有少许红移;镨的引入使介孔TiO2的吸收强度有较大提高,吸收边带由原来的390nm红移到了420nm左右。研究发现,不仅是掺杂种类,掺杂量对介孔TiO2的光催化活性也有较大的影响:光催化活性随掺杂量的增加先提高后下降,镝和镨的最佳掺杂浓度均为0.6%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的目的和意义
• 1.2 介孔材料的研究现状
• 2 的物理化学及光学性质'>1.3 TiO₂的物理化学及光学性质
• 2 的特性'>1.4 介孔TiO₂的特性
• 2 的合成'>1.5 介孔TiO₂的合成
• 2 合成的因素'>1.6 影响介孔TiO₂合成的因素
• 2 的改性研究'>1.7 介孔TiO₂的改性研究
• 2 的表征方法'>1.8 介孔TiO₂的表征方法
• 2 的应用前景'>1.9 介孔TiO₂的应用前景
• 2 研究中存在的问题及本课题的创新'>1.10 介孔TiO₂研究中存在的问题及本课题的创新
• 2的合成和表征'>第二章 介孔TiO₂的合成和表征
• 2.1 化学试剂
• 2.2 实验仪器设备
• 2.3 合成路线
• 2 及其表征'>2.4 采用不同模板剂合成介孔TiO₂及其表征
• 2.5 小结
• 2的稀土掺杂的合成和表征'>第三章 介孔TiO₂的稀土掺杂的合成和表征
• 3.1 化学试剂
• 3.2 实验仪器设备
• 3.3 合成过程
• 3.4 结果与讨论
• 3.5 小结
• 全文总结
• 本人在硕士研究生学习期间发表论文
• 致谢
• 参考文献
• 硕士学位论文自我评价表