纳米复合TiO2水溶胶与薄膜的制备及其光催化性能研究

论文摘要

近年来，随着科学技术的日新月异，一种新兴的纳米TiO2光催化降解技术，因其价格低廉、绿色环保、而且催化降解能力强等特点而倍受人们青睐。但是，纯纳米TiO2带隙较宽，其锐钛矿型为3.2eV，金红石型为3.0eV,只能利用波长小于400nm的紫外光（大约只占太阳光的4%），此外在电荷传递过程中，一部分光生电子与空穴会重新复合，导致其效率降低，严重制约了纳米TiO2光催化效应的实际应用范围。本文在参考了国内外薄膜材料以及掺杂研究领域的最新进展后，将制备具有较宽光谱响应范围的纳米复合TiO2薄膜材料作为本论文的研究内容。本论文研究了常温络合，控制水解，掺杂比例等制备条件，并对纳米复合TiO2薄膜进行了光催化实验，探讨光催化性能。根据研究的内容将本论文分为两大部分：1.纳米复合TiO2水溶胶的制备及其光催化性能研究：以TiCl4、有机羧酸、稳定剂、表面活性剂、NH3·H2O、Sr（OH）2·8H2O、D-山梨醇等为主要原料，首先采用常温络合-控制水解新技术，制备出锶掺杂纳米TiO2无色透明水溶胶。采用纳米激光粒度分析仪分析表明，样品平均粒度在6nm左右；XRD分析证明，随着样品回流时间的延长，样品呈现出锐钛矿晶型；样品的UV-Vis分析发现，由于锶的掺杂，拓宽了样品的光谱响应范围，样品的最大吸收边曲线由375nm拓展到了425nm，进入了可见光区域，禁带宽度由3.2eV降到2.85eV。当掺Sr量为1.8%，回流时间为60min时，得到掺锶纳米TiO2水溶胶的光催化性能最好，经太阳光照射60min后，对浓度为50mg/L的酸性红3R染料溶液的降解率达到96%以上。2.纳米复合TiO2薄膜的制备及其光催化性能研究：将口径0.5mm高压喷枪与空气压缩机组合在一起，打开空气压缩机气阀，外界空气经滤清器，进入气缸，到达阀值后，气阀自动关闭，然后将锶掺杂纳米TiO2无色透明水溶胶倒入高压喷枪的喷壶中；将枪口对准玻璃或烧杯内壁，间距20cm左右，以30cm/s的移动速度进行喷涂，最后得到均匀透明的纳米TiO2薄膜；AFM分析表明，该样品呈球形，且颗粒均匀，粒径在6nm左右，很少有团聚体的出现；经光学接触角测试仪测试发现，薄膜样品平均接触角约为0.91°，远远小于5°，表现出良好的超亲水性；同时发现，当溶液pH值在34之间，染料浓度为50mg/L时，在太阳光照射60min后，降解率可达到80%以上。经红外光谱分析证明，薄膜样品能有效降解酸性红3R，使其—N=N—，—SO3Na和苯环中的C—H基团氧化断裂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 2的基本知识'>1.2 TiO₂的基本知识
• 2水溶胶与薄膜的研究现状'>1.3 纳米TiO₂水溶胶与薄膜的研究现状
• 1.4 本文研究意义与主要内容
• 2水溶胶的合成、表征及其光催化性能研究'>第2章 纳米复合TiO₂水溶胶的合成、表征及其光催化性能研究
• 摘要
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器和药品
• 2.2.2 实验过程
• 2.2.3 各种表征手段
• 2.2.4 光吸收实验
• 2.2.5 光催化实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的粒度分析
• 2.3.2 样品的XRD分析
• 2.3.3 样品的EDS分析
• 2.3.4 样品的UV-Vis分析
• 2.3.5 光催化性能
• 2.4 结论
• 2薄膜的制备及其光催化性能研究'>第3章 纳米复合TiO₂薄膜的制备及其光催化性能研究
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及药品
• 3.2.2 薄膜样品的制备
• 3.2.3 接触角实验
• 3.2.4 光催化实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 薄膜样品的表面形貌表征
• 3.3.2 薄膜样品的接触角测试
• 3.3.3 光催化性能
• 3.3.4 红外光谱分析
• 3.4 结论
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果