金属掺杂TiO2纳米管及水热制备TiO2纳米纤维的光电催化性能研究

论文摘要

纳米TiO2光催化技术已经得到广泛研究。阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列具有较大比表面积和较强的吸附能力,与钛基体结合牢固等优点,表现出比TiO2纳米膜更高的光催化活性和光电转化效率,对TiO2纳米管阵列进行合理改性进一步提高其光催化活性具有重要意义。金属元素掺杂是改善TiO2光催化活性的一种有效方法。为此,制备了金纳米晶负载和铁掺杂TiO2纳米管阵列电极,并对制备的光电极进行了系统表征和光催化活性研究。同时,为实现纳米TiO2产业化,对水热法制备TiO2纳米纤维进行了研究。本论文围绕以上内容,主要开展了以下几个方面的工作：（1）采用电化学自掺杂法制备了Au纳米晶负载TiO2纳米管阵列复合电极。电极为阵列结构,平均孔径为100nm,平均管长为7μm。X射线衍射（XRD）、X射线荧光光谱分析（XRF）和紫外-可见漫反射光谱（DRS）分析显示,500℃煅烧制得的电极为锐钛矿相；Au的掺杂量为0.05wt.%；在400nm-700nm产生一个明显的Au纳米晶表面等离子共振吸收带,电极在可见光区具有明显的吸收峰。可见光下,Au/TiO2纳米管阵列复合电极6小时可降解亚甲基蓝（10ppm）达85%以上,而未负载的TiO2纳米管阵列基本未降解,其在可见光下表现出良好的光催化性能。（2）以阳极氧化TiO2纳米管阵列为基底,采用超声震荡法制备了铁掺杂的TiO2纳米管阵列。由DRS及SPV分析可知铁掺杂增强了TiO2纳米管阵列对可见光的吸收和光生电了-空穴对的分离能力。铁掺杂TiO2纳米管阵列的光催化实验表明,紫外光照射2小时可降解亚甲基蓝（10ppm）达90%,可见光照射6小时降解40%,表现出良好的光催化活性。但当铁掺杂过量,会产生抑制作用。（3）应用水热法制备了TiO2纳米纤维。制备的TiO2纳米纤维直径为50nm左右,长度为20μm。由透射电镜图（TEM）可以看出实验过程中经酸冲洗浸泡和煅烧后,纳米纤维的结构没有被破坏。300-450℃煅烧可得到锐钛矿相TiO2。在紫外光下催化降解亚甲基蓝（10ppm）,80分钟降解率达90%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 国内外相关领域研究进展
• 2光催化技术的研究背景及进展'>1.1 TiO₂光催化技术的研究背景及进展
• 2的结构特征'>1.1.1 TiO₂的结构特征
• 2光催化技术的研究进展'>1.1.2 TiO₂光催化技术的研究进展
• 2光催化氧化的机理'>1.1.3 TiO₂光催化氧化的机理
• 2纳米结构的研究进展'>1.2 TiO₂纳米结构的研究进展
• 1.2.1 半导体纳米材料
• 2半导体的催化性能'>1.2.2 纳米TiO₂半导体的催化性能
• 2纳米纤维及管的制备'>1.2.3 TiO₂纳米纤维及管的制备
• 2纳米纤维及管的应用'>1.2.4 TiO₂纳米纤维及管的应用
• 2可见光活性及抑制电子-空穴复合的研究现状'>1.2.5 提高纳米TiO₂可见光活性及抑制电子-空穴复合的研究现状
• 1.2.6 有待解决的问题
• 1.3 选题依据、目的、意义和研究内容
• 1.3.1 选题依据
• 1.3.2 研究目的和意义
• 1.3.3 研究内容
• 2纳米管阵列复合电极的制备及性能研究'>2 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的制备及性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与村料
• 2.2.2 实验仪器
• 2纳米管阵列复合电极的制备'>2.2.3 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的制备
• 2.2.4 样品表征分析
• 2纳米管阵列复合电极的光催化降解实验'>2.2.5 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的光催化降解实验
• 2.3 结果与讨论
• 2纳米管阵列复合电极的SEM分析'>2.3.1 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的SEM分析
• 2纳米管阵列复合电极的XRD及XRF分析'>2.3.2 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的XRD及XRF分析
• 2纳米管阵列复合电极的DRS分析'>2.3.3 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的DRS分析
• 2纳米管阵列复合电极的SPV分析'>2.3.4 Au纳米晶负载TiO₂纳米管阵列复合电极的SPV分析
• 2.3.5 光催化实验结果与讨论
• 2.4 小结
• 2纳米管阵列的制备、表征及光催化活性研究'>3 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的制备、表征及光催化活性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与村料
• 3.2.2 实验仪器
• 2纳米管阵列电极的制备'>3.2.3 铁掺杂TiO₂纳米管阵列电极的制备
• 3.2.4 样品的表征及分析
• 2纳米管阵列的光催化降解亚甲基蓝实验'>3.2.5 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的光催化降解亚甲基蓝实验
• 3.3 结果与讨论
• 2纳米管阵列的SEM分析'>3.3.1 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的SEM分析
• 2纳米管阵列的TEM及EDX分析'>3.3.2 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的TEM及EDX分析
• 2纳米管阵列的XRD分析'>3.3.3 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的XRD分析
• 2纳米管阵列的DRS分析'>3.3.4 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的DRS分析
• 2纳米管阵列的SPV分析'>3.3.5 铁掺杂TiO₂纳米管阵列的SPV分析
• 2纳米管阵列光催化降解亚甲基蓝实验结果与讨论'>3.3.6 铁掺杂TiO₂纳米管阵列光催化降解亚甲基蓝实验结果与讨论
• 3.4 小结
• 2纳米纤维制备及性能研究'>4 水热法制备TiO₂纳米纤维制备及性能研究
• 4.1 引言
• 2纳米纤维的成本分析'>4.2 不同前驱体水热法制备TiO₂纳米纤维的成本分析
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 实验试剂
• 4.3.2 实验仪器
• 2纳米纤维的制备'>4.3.3 TiO₂纳米纤维的制备
• 4.3.4 样品的表征及分析
• 2纳米纤维光催化降解亚甲基蓝实验'>4.3.5 TiO₂纳米纤维光催化降解亚甲基蓝实验
• 4.4 结果与讨论
• 2纳米纤维的TEM及EDX分析'>4.4.1 TiO₂纳米纤维的TEM及EDX分析
• 2纳米纤维的XRD分析'>4.4.2 TiO₂纳米纤维的XRD分析
• 2纳米纤维比表面积BET分析'>4.4.3 TiO₂纳米纤维比表面积BET分析
• 2纳米纤维紫外光下光催化降解亚甲基蓝能力'>4.4.4 TiO₂纳米纤维紫外光下光催化降解亚甲基蓝能力
• 4.4.5 沉淀实验分析
• 4.5 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