铁掺杂纳米TiO2及其介孔材料的制备及光催化性能

论文摘要

二氧化钛是一种重要的半导体光催化材料，具有光催化活性好、耐光化学和化学腐蚀能力强、本身稳定性高、价格相对低以及对人体无毒等优点，在光催化降解有机物分子方面显示了独特的优良特性，因而在环境污染防治、水处理、空气净化、制备自清洁材料等许多领域有着广阔的应用前景。随着人们对环境保护的关注，TiO2光催化材料已成为材料学及催化科学研究的热点。然而TiO2是宽禁带材料，通常需要用紫外光源（λ≤388nm）来激发，而太阳光谱中紫外光部分仅占5％，这就导致太阳能利用效率低，在很大程度上限制了它的实际应用。为了提高二氧化钛的光谱响应和太阳光的利用率，人们做了大量的工作对二氧化钛进行改性，提出了染料敏化、贵金属沉积以及利用溶胶-凝胶技术进行半导体-半导体复合等方法，但上述方法存在光化学稳定性差、原料成本高、操作工艺繁琐等弊端。为了弥补上述方法之不足，本文做了如下工作： 一、设计了过渡金属离子掺杂工艺，首先对铁掺杂TiO2的合成方法进行了探讨。实验中以廉价、易得的普通无机盐为原料，分别采用常压液相法和微波液相法合成了铁掺杂纳米二氧化钛粉体，并对所合成的粉体进行了表征。X-射线衍射分析结果证明，两种方法合成的产品均为四方晶系锐钛矿结构，用透射电子显微镜（TEM）观察粒子基本呈球形，粒径20nm左右。应用实验证实改性后的粉体具有更高的反应活性，提高了光催化降解有机染料的速度和效率。 二、对铁掺杂TiO2介孔材料进行了研究。二氧化钛纳米粒子作为高活性催化剂已广为人知，但这些TiO2纳米材料都不具有孔结构。介孔材料是一类孔径分布在1.5～50nm之间的多孔材料，由于具有比表面积大、孔隙率高、孔径分布窄等特点，在催化、吸附、分离等领域具有广阔的应用前景，成为国际上化学、物理、材料、生物及信息等领域的一个研究热点。基于介孔材料的发展，我们除希望借助介孔分子筛的大比表面积来提高催化剂的吸附能力外，还力图通过适量过渡元素的掺杂来促使TiO2光生电子与空穴的分离，双向提高其光催化效率和光谱响应范围。本文采用水热法，通过加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，制备了铁掺杂的二氧化钛介孔材料，并对影响反应的多种因素进行优化，确定了最佳反应条件。同时利用X-ray衍射仪进行物相分析，并用TEM观察产物颗粒大小、形貌、分散性、孔道结构等，合成的产品拓宽了可见光谱的响应范围，

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料和纳米材料特性
• 1.2 二氧化钛的晶体结构及光催化作用
• 2光催化材料的制备以及改性'>1.3 纳米TiO₂光催化材料的制备以及改性
• 1.4 介孔材料简介
• 2材料概述'>1.5 介孔TiO₂材料概述
• 1.6 本文研究内容、目的及意义
• 第2章 铁掺杂纳米二氧化钛的合成、表征及其光催化性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 常压液相法合成
• 2.3 微波液相法合成
• 第3章 水热法合成铁掺杂纳米二氧化钛介孔材料及其结构分析与性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录