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可见光响应型纳米TiO2复合材料的制备及性能

2020-12-06阅读(611)

可见光响应型纳米TiO2复合材料的制备及性能

论文摘要

TiO2光催化材料由于具有高效、廉价、对环境友好、无二次污染和可循环再生等优点受到人们的广泛重视。但TiO2是宽禁带半导体化合物,只有在紫外线照射下才能激发其催化活性,对于太阳能的利用率是低的。因此,对纳米TiO2进行改性,使其在可见光区产生光响应,具有重要的应用意义。本文选取了过渡金属离子中具有代表性的Fe3+和稀土金属离子中无毒的Gd3+作为掺杂剂,采用溶胶-凝胶技术,制备出了具有可见光响应活性的纳米TiO2复合材料。应用TEM、XRD、TG-DTA和UV-Vis等手段对两类纳米TiO2复合材料进行了表征,并对其掺杂机理、制备工艺、材料结构和性能进行了研究。在制备Fe3+掺杂纳米TiO2复合材料过程中,加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）得到的复合材料在530nm产生了宽强吸收峰,并对罗丹明B具有一定的光催化降解活性。系统研究了Fe3+掺杂及加入CTAB对复合材料结构与性能的影响。结果表明,当Fe3+和CTAB的掺杂量分别为2%和5%,Fe3+进入纳米TiO2的晶格,产生新的掺杂能级（Eg=1.37eV）,从而改变了TiO2的光谱响应范围。稀土金属离子Gd3+掺杂的纳米TiO2复合材料也同样具有较好的可见光活性。当Gd3+的掺杂量为0.5%时,在550nm附近产生宽吸收带。Gd3+能够进入到TiO2晶格中,改变TiO2的能级结构,形成了新的掺杂能级,（Eg=1.27eV）。适量Gd3+的掺杂的纳米TiO2复合材料的光催化性能优于纯TiO2粉体材料。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 纳米材料简介
  • 2光催化材料'>1.2 纳米TiO2光催化材料
  • 1.2.1 半导体能带理论
  • 2光催化剂的晶体结构'>1.2.2 TiO2光催化剂的晶体结构
  • 2光催化反应机理'>1.2.3 纳米TiO2光催化反应机理
  • 2合成方法'>1.3 纳米TiO2合成方法
  • 1.3.1 物理法
  • 1.3.2 化学法
  • 1.4 表面活性剂在纳米粉体制备中的应用
  • 1.4.1 表面活性剂的作用原理
  • 1.4.2 十六烷基三甲基溴化铵在金属氧化物纳米粉体制备中的应用
  • 2可见光化的方法及研究进展'>1.5 纳米TiO2可见光化的方法及研究进展
  • 1.5.1 离子掺杂
  • 1.5.1.1 阳离子掺杂
  • 1.5.1.2 阴离子掺杂
  • 1.5.2 半导体复合
  • 1.5.3 表面光敏化
  • 1.6 本论文的研究意义及内容
  • 2复合材料的结构与性能'>第2章 铁掺杂纳米TiO2复合材料的结构与性能
  • 2.1 铁掺杂的反应机理
  • 2.2 实验的主要试剂与设备
  • 2.2.1 实验的主要试剂
  • 2.2.2 实验的主要仪器设备
  • 2.3 实验方法
  • 2复合粉体材料的制备'>2.3.1 纳米TiO2复合粉体材料的制备
  • 2复合粉体材料结构和光学性能测定'>2.3.2 纳米TiO2复合粉体材料结构和光学性能测定
  • 2复合粉体材料热力学性能测定'>2.3.3 纳米TiO2复合粉体材料热力学性能测定
  • 2复合粉体材料的光催化性能检测'>2.3.4 纳米TiO2复合粉体材料的光催化性能检测
  • 2.4 结果与讨论
  • 3+的掺杂量对纳米TiO2复合粉体材料的可见光化性能影响'>2.4.1 Fe3+的掺杂量对纳米TiO2复合粉体材料的可见光化性能影响
  • 2复合粉体材料的可见光化性能影响'>2.4.2 CTAB的掺杂量对纳米TiO2复合粉体材料的可见光化性能影响
  • 2复合粉体材料的结构分析'>2.4.3 纳米TiO2复合粉体材料的结构分析
  • 2复合粉体材料的光催化活性'>2.4.4 纳米TiO2复合粉体材料的光催化活性
  • 2.5 小结
  • 2复合材料的结构与性能'>第3章 钆掺杂纳米TiO2复合材料的结构与性能
  • 3.1 稀土元素掺杂的反应机理
  • 3.2 实验的主要试剂与设备
  • 3.2.1 实验的主要试剂
  • 3.2.2 实验的主要设备
  • 3.3 实验方法
  • 2复合粉体材料的制备'>3.3.1 纳米TiO2复合粉体材料的制备
  • 2复合粉体材料结构和光学性能测定'>3.3.2 纳米TiO2复合粉体材料结构和光学性能测定
  • 2复合粉体材料热力学性能测定'>3.3.3 纳米TiO2复合粉体材料热力学性能测定
  • 2复合粉体材料的光催化性能检测'>3.3.4 纳米TiO2复合粉体材料的光催化性能检测
  • 3.4 结果与讨论
  • 3+的掺杂量对纳米TiO2复合粉体材料的可见光化性能影响'>3.4.1 Gd3+的掺杂量对纳米TiO2复合粉体材料的可见光化性能影响
  • 2复合粉体材料的结构'>3.4.2 纳米TiO2复合粉体材料的结构
  • 2复合粉体材料的光催化活性'>3.4.3 纳米TiO2复合粉体材料的光催化活性
  • 3.5 小结
  • 第4章 结论
  • 2复合材的结构与性能'>4.1 铁料掺杂纳米TiO2复合材的结构与性能
  • 2复合材料的结构与性能'>4.2 钆掺杂纳米TiO2复合材料的结构与性能
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间参与发表的主要论文

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