α（β）-TPMPc/TiO2复合材料的制备及其可见光催化活性

论文摘要

半导体光催化技术在污水处理方面展现了广阔的应用前景。其中TiO2是一种催化性能非常优良的半导体材料，但其禁带宽度较宽（3.2eV），太阳能利用率非常低，仅能利用其紫外线部分。因此对其进行改性，充分利用可见光进行光催化成为目前研究的热点问题。本研究确定了以四苯氧基金属酞菁(α（β）-TPMPc，M=Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+)作为敏化剂，对TiO2进行改性，旨在拓宽其光谱响应范围，使其能够利用可见光（λ＞450nm）进行光催化反应。采用原位合成的方法，以钛酸正丁酯为原料、二价金属离子为模板剂，在TiO2凝胶基质合成的同时，通过3（4）-苯氧基邻苯二腈自身的四聚反应将金属酞菁（α（β）-TPMPc）在TiO2的表面原位合成，得到了均匀掺杂的α（β）-TPMPc/TiO2复合光催化剂。通过X射线衍射（XRD）、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）等对其表征；通过光催化降解罗丹明B （RhB）来研究其可见光催化性能。原位合成的α（β）-TPMPc/TiO2复合光催化剂中，TiO2都是以锐钛矿晶型存在的，101晶面和004晶面的粒径尺寸大约分别在3.1-3.5纳米和6.0-6.5纳米之间；通过α（β）-TPMPc的敏化作用能有效地拓宽TiO2的光响应范围至可见光区，使其在可见光区的光催化性能得到显著的提高，其中以α-TPPcNi/TiO2光催化效果最好，在2.5h内对罗丹明B的降解率高达61.4%。苯氧基取代能有效提高光催化活性，但取代位置对光催化性能的影响不大；中心金属对光催化性能影响较大，其中以α（β）-TPPcNi/TiO2的光催化效果最好，α（β）-TPPcZn/TiO2的最差。光催化稳定性实验表明：α（β）-TPMPc/TiO2复合光催化剂具有十分稳定的光催化性能，可以循环使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半导体的简介
• 1.2.1 半导体的能带结构及半导体光催化剂
• 1.2.2 半导体光催化反应原理
• 1.2.3 半导体的基本分类
• 1.3 影响光催化活性的因素
• 2本身对催化性能的影响'>1.3.1 TiO₂本身对催化性能的影响
• 1.3.2 催化体系的影响
• 1.4 光催化研究热点
• 1.4.1 太阳能转化光催化
• 1.4.2 环境光催化
• 1.5 提高光催化性能的主要途径
• 1.5.1 场效应耦合
• 2的改性修饰'>1.5.2 纳米 TiO₂的改性修饰
• 2复合光催化剂的简介'>1.6 酞菁及酞菁 TiO₂复合光催化剂的简介
• 1.6.1 酞菁结构与性质
• 2复合光催化剂'>1.6.2 酞菁/TiO₂复合光催化剂
• 1.7 选题的依据和研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 主要实验试剂
• 2.1.2 主要设备及仪器
• 2.2 制备方法
• 2纳米粉体的制备方法'>2.2.1 TiO₂纳米粉体的制备方法
• 2.2.2 复合光催化剂的制备方法
• 2.3 表征方法
• 2.3.1 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.3.2 紫外-可见光谱分析（UV-Vis）
• 2.3.3 热分析（TG）
• 2.4 光催化活性的研究
• 2.4.1 光催化反应装置
• 2.4.2 光催化的测试方法
• 2.5 合成工艺条件的优化
• 2.5.1 因素和水平的选定
• 2.5.2 正交试验
• 2.5.3 实验方法
• 2'>2.6 溶胶-凝胶法制备 TiO₂
• 2.7 前驱体 3（4）-苯氧基邻苯二腈的合成
• 2.8 α（β）-TPMPc 的合成
• 2的合成'>2.9 CoPc/TiO₂的合成
• 2的合成'>2.10 α（β）-TPMPc/TiO₂的合成
• 2.11 光催化实验
• 2.11.1 空白实验
• 2.11.2 黑暗实验
• 2.11.3 复合光催化剂的光催化实验
• 2.11.4 光催化稳定性实验
• 3 结果与讨论
• 2原位合成的机理'>3.1 α（β）-TPPcM/TiO₂原位合成的机理
• 3.2 正交试验的结果及分析
• 3.2.1 正交试验的结果
• 3.2.2 因素分析
• 2分析'>3.3 溶胶-凝胶法制备 TiO₂分析
• 3.3.1 XRD 分析
• 3.3.2 可见光催化活性的分析
• 3.3.3 本节小结
• 2复合光催化剂'>3.4 α（β）-TPPcCo/TiO₂复合光催化剂
• 3.4.1 紫外-可见光谱分析
• 3.4.2 热分析
• 3.4.3 XRD 分析
• 3.4.4 可见光催化活性的分析
• 3.4.5 光催化稳定性分析
• 3.4.6 本节小结
• 2复合光催化剂'>3.5 α（β）-TPPcCu/TiO₂复合光催化剂
• 3.5.1 紫外-可见光谱分析
• 3.5.2 XRD 分析
• 3.5.3 可见光催化活性的分析
• 3.5.4 光催化稳定性分析
• 3.5.5 本节小结
• 2复合光催化剂'>3.6 α（β）-TPPcNi/TiO₂复合光催化剂
• 3.6.1 紫外-可见光谱分析
• 3.6.2 XRD 分析
• 3.6.3 可见光催化活性的分析
• 3.6.4 光催化稳定性分析
• 3.6.5 本节小结
• 2复合光催化剂'>3.7 α（β）-TPPcZn/TiO₂复合光催化剂
• 3.7.1 紫外-可见光谱分析
• 3.7.2 XRD 分析
• 3.7.3 可见光催化活性的分析
• 3.7.4 光催化稳定性分析
• 3.7.5 本节小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢