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纳米介孔TiO2材料的合成、表征及其性能研究

2020-12-01阅读(518)

纳米介孔TiO2材料的合成、表征及其性能研究

论文摘要

本文以十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,钛酸四正丁脂为前驱体,无水乙醇为溶剂,采用室温水解法制备了光催化活性较强的纳米介孔TiO2粉末。通过考察焙烧温度、焙烧时间、静置温度、静置时间和反应比例等因素对纳米介孔TiO2结构和光催化性能的影响,得到了最佳的制备条件,在此基础上将Ce3+、La3+、Sm3+和Zr3+掺杂到纳米介孔TiO2体系中,制得了不同种类、不同掺杂浓度的离子掺杂型纳米介孔TiO2复合氧化物,并进一步考察了金属离子种类及浓度对纳米介孔TiO2结构和光催化性能的影响。用红外光谱（FT-IR）、X射线粉末衍射（XRD）和BET比表面测定等技术对样品的结构、晶相和比表面积进行了表征。结果表明用室温水解法制备的纳米TiO2材料具有介孔结构;500℃焙烧2h后,得出样品为锐钛矿型,介孔孔道中模板剂已全部去除,比表面积较大,但不稳定。在此基础上制备的金属离子掺杂纳米介孔TiO2复合氧化物中,Zr3+、Sm3+和La3+掺杂的样品中出现少量板钛矿,Ce3+掺杂的样品为单一的锐钛矿。各样品锐钛矿的结晶程度各不一样,且介孔孔道中均有模板剂残留。样品稳定性较纯样强。且焙烧后,比表面均比纯样大。选用甲基橙为目标降解物,利用液相光催化降解法来评价纳米介孔TiO2和TiO2复合氧化物的光催化活性。结果表明条件为CTAB / Ti（OC4H9）4（摩尔比）为1:4、20℃水浴静置24h、500℃焙烧2h时,所制得的纳米介孔TiO2光催化活性最好。金属离子掺杂浓度均存在一最佳值,不同离子掺杂的样品对甲基橙的光催化影响各不相同,光催化活性顺序依次为Zr3+-TiO2>Sm3+-TiO2>m-TiO2>La3+-TiO2>Ce3+-TiO2>c-TiO2。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 介孔材料概述
  • 1.2 介孔材料的分类
  • 1.3 介孔材料的合成机理
  • 1.3.1 液晶模板机理
  • 1.3.2 协同作用机理
  • 2材料概述'>1.4 介孔TiO2材料概述
  • 2材料的合成方法'>1.4.1 介孔TiO2材料的合成方法
  • 2材料的合成现状'>1.4.2 介孔TiO2材料的合成现状
  • 2光催化剂概述'>1.5 TiO2光催化剂概述
  • 2的光催化原理'>1.5.1 TiO2的光催化原理
  • 2光催化活性的因素'>1.5.2 影响TiO2光催化活性的因素
  • 2的光催化性能的研究现状'>1.5.3 TiO2的光催化性能的研究现状
  • 2光催化材料的应用领域'>1.5.4 TiO2光催化材料的应用领域
  • 2光催化量子效率提高的途径'>1.6 TiO2光催化量子效率提高的途径
  • 1.6.1 金属沉积
  • 1.6.2 金属离子掺杂
  • 1.6.3 非金属离子掺杂
  • 1.6.4 半导体复合
  • 1.6.5 表面染料光敏化
  • 1.6.6 表面螯合及衍生作用
  • 1.6.7 表面超强酸化
  • 1.7 本课题的研究目的和研究内容
  • 第2章 实验部分
  • 2.1 药品与仪器
  • 2.1.1 实验药品
  • 2.1.2 实验室仪器
  • 2.2 实验原理
  • 2.3 实验方法
  • 2.4 催化剂的表征方法
  • 2.5 光催化活性检测
  • 2.5.1 光催化降解物
  • 2.5.2 光催化反应装置
  • 2.5.3 光催化降解程序
  • 第3章 催化剂的合成与表征
  • 3.1 介孔材料的合成
  • 2的合成'>3.1.1 纳米介孔TiO2的合成
  • 2的合成'>3.1.2 金属离子掺杂型纳米介孔TiO2的合成
  • 3.2 介孔材料的表征
  • 3.2.1 样品介孔结构的确定
  • 3.2.2 焙烧温度对模板剂脱除的影响
  • 2结构的影响'>3.2.3 焙烧温度对纳米介孔TiO2结构的影响
  • 2结构的影响'>3.2.4 静置时间对纳米介孔TiO2结构的影响
  • 2结构的影响'>3.2.5 焙烧时间对纳米介孔TiO2结构的影响
  • 2的影响'>3.2.6 金属离子掺杂对纳米介孔TiO2的影响
  • 3.3 本章小结
  • 第4章 催化剂的活性检测
  • 4.1 空白实验
  • 4.2 无光照条件下介孔材料的吸附性能
  • 2催化活性的影响'>4.3 光源对纳米介孔TiO2催化活性的影响
  • 2催化活性测试'>4.4 未掺杂型纳米介孔TiO2催化活性测试
  • 4.4.1 模板剂对光催化性能的影响
  • 4.4.2 反应摩尔比对光催化性能的影响
  • 4.4.3 静置温度对光催化性能的影响
  • 4.4.4 静置时间对光催化性能的影响
  • 4.4.5 焙烧温度对光催化性能的影响
  • 4.4.6 焙烧时间对光催化性能的影响
  • 4.4.7 超声波的使用对光催化性能的影响
  • 2的光催化活性比较'>4.4.8 与商品TiO2的光催化活性比较
  • 2催化活性测试'>4.5 金属离子掺杂型纳米介孔TiO2催化活性测试
  • 3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究'>4.5.1 Ce3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究
  • 3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究'>4.5.2 La3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究
  • 3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究'>4.5.3 Sm3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究
  • 3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究'>4.5.4 Zr3+离子掺杂纳米介孔TiO2的光催化性能研究
  • 2及商品TiO2的光催化性能比较'>4.5.5 金属离子掺杂型纳米介孔TiO2及商品TiO2的光催化性能比较
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士研究生期间发表的论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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