纳米TiO2，ZrO2表面晶相控制及光催化应用研究

论文摘要

表面晶相结构是影响Ti02光催化性能的主要因素之一。控制TiO2表面物相及其相变过程,建立其与光催化降解有机物之间的关联是非常有意义且极具挑战性的课题。本论文利用紫外拉曼光谱、紫外可见漫反射光谱、XRD和TEM等技术研究了掺杂Nd3+、Gd3+的TiO2、ZrO2的相变尤其是表面相变的机理,在此基础上建立一种对多晶相氧化物表面晶相人为可控的技术,并将该模型应用于生产中,为催化剂材料有目的性的研发提供一种低成本、高收益的方法。由于TiO2在紫外区有强吸收,所以紫外拉曼光谱能灵敏地反映出TiO2表面晶相的变化,可见拉曼和XRD则用来表征样品的体相信息。以光催化降解罗丹明B为模型反应,对不同温度焙烧后的Ti02相变机理的研究结果表明,TiO2的表面物相与光催化降解有机物的活性存在很大关联。以Nd3+、Gd3+等稀土离子作为掺杂离子,研究了经过掺杂和负载的Ti02样品的相变。实验结果表明,通过共沉淀和浸渍法制备的掺杂样品中的Nd203和Gd203都可起到抑制Ti02由锐钛矿向金红石的相转移的作用,采用共沉淀方法时制备的掺杂样品中的Nd3+、Gd3+离子能够抑制Ti02的相变,而通过浸渍法制备的负载样品却可以使Ti02载体在较高温度时维持其表面晶相稳定在载体的原有晶相,另外发现通过非常少量的离子掺杂就能使Ti02在高温时仍保持很高的光催化活性。此外,通过Nd3+对Zr02表面晶相控制的进一步实验也得到了相同的结果,这提供了一种简便灵活的高温下调控多晶相氧化物表面晶相稳定的方法,并希望将这种低成本,高效益的制备催化剂材料的方法广泛应用于生产中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 二氧化钛的应用
• 1.3 二氧化钛的晶相结构及相变研究
• 1.3.1 二氧化钛的晶相结构
• 1.3.2 影响二氧化钛晶型及晶相转变的因素
• 1.4 二氧化钛的表征方法
• 1.4.1 X射线衍射物相结构分析
• 1.4.2 X射线光电子能谱分析
• 1.4.3 紫外可见光谱
• 1.4.4 电子显微镜
• 1.4.5 比表面积测定
• 1.4.6 可见拉曼光谱
• 1.4.7 紫外拉曼光谱
• 1.5 二氧化钛光催化研究
• 1.5.1 光催化作用机理
• 1.5.2 影响光催化活性的因素
• 1.6 纳米氧化锆应用前景
• 1.7 纳米氧化锆晶型及其应用
• 1.8 纳米氧化锆晶相控制的研究
• 1.8.1 焙烧温度
• 1.8.2 氧空位
• 1.8.3 离子掺杂
• 1.9 论文构思
• 2. 实验部分
• 2.1 样品的制备
• 2.1.1 化学试剂
• 2.1.2 样品的制备
• 2.2 样品的表征
• 2.2.1 紫外拉曼光谱（UV Raman spectroscopy）
• 2.2.2 可见拉曼光谱（Visible Raman spectroscopy）
• 2.2.3 X射线衍射（XRD）
• 2.2.4 紫外—可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）
• 2.2.5 投射电子显微镜（TEM）和扫面电子显微镜（SEM-EDX）
• 2.2.6 X光电子能谱（XPS）
• 2.2.7 比表面积（BET）
• 2.3 光催化反应
• 2.3.1 光催化实验步骤
• 2.3.2 罗丹明B标准曲线的绘制
• 3. 结果与讨论
• 3.1 不同温度焙烧后的氧化钛相变研究
• 3.1.1 氧化钛晶相组成的半定量分析
• 3.1.2 催化剂的体相和表面晶相结构及组成
• 3.1.3 催化剂的光催化活性
• 3.1.4 小结
• 3.2 掺杂氧化钕的氧化钛相变以及其光催化分解罗丹明B的研究
• 3.2.1 前言
• 2-500℃样品的相变研究'>3.2.2 Nd-TiO₂-500℃样品的相变研究
• 2-800℃样品的相变研究'>3.2.3 Nd-TiO₂-800℃样品的相变研究
• 3.2.4 不同温度焙烧后的样品XPS表征分析
• 3.2.5 不同温度焙烧后的样品TEM,SEM（EDX）,和BET分析
• 3.2.6 不同温度焙烧后的样品紫外可见漫反射吸收光谱分析
• 3.2.7 不同温度焙烧后的样品光催化性质的研究
• 3.2.8 小结
• 3.3 掺杂氧化钆的氧化钛相变以及其光催化降解罗丹明B的研究
• 3.3.1 前言
• 3.3.2 浸渍法制备氧化钆负载氧化钛相变及其光催化活性研究
• 3.3.3 共沉淀法制备氧化钆负载氧化钛相变及其光催化活性研究
• 3.3.4 小结
• 3.4 掺杂氧化钕的氧化锆相变研究
• 3.4.1 前言
• 3.4.2 共沉淀和浸渍方法对掺杂和负载氧化钕的氧化锆相变的影响
• 3.4.3 小结
• 4. 结论
• 参考文献
• 符号说明
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录