二氧化钛纳米材料制备及光催化性能

论文摘要

光催化氧化技术已经成为治理环境问题的最具潜力的技术方法之一。在各种各样的半导体中,TiO2因为其无毒、廉价及稳定的化学性质被公认为降解空气和水中的污染物的性能优异的光催化剂。但是,TiO2较宽的禁带宽度（锐钛矿3.2eV和金红石3.0 eV）使它只能吸收利用仅占太阳光5%的紫外光,这大大限制了TiO2的应用。因此,制备能同时利用紫外光（290-400 nm）和太阳光（400-700 nm）的TiO2催化剂具有重大意义。在TiO2中Ti位点上掺杂其他化合物不失为一种很好的办法。在本论文中我们制备了两种掺杂过渡金属的TiO2：（一）CuF2掺杂的TiO2纳米片；（二）Mn掺杂的TiO2纳米粒子,并对它们的光催化性能进行了研究,结果发现合成样品在可见光下都具有良好的降解有机污染物的性能。我们用不同方法合成了CuF2掺杂的TiO2纳米片和Mn掺杂的TiO2纳米粒子,并用SEM、TEM和XRD等表征手段对样品进行了表征,同时测试了合成样品的光催化性能。因为这些样品以前从未研究过,所以细致地研究这些样品的物理和化学性质很有意义。本论文主要研究内容如下：1.通过简单的水热法,利用含有TBOT、Cu（NO3）2、PVP和HF的混合溶液制备CuF2掺杂的Ti02纳米片。扫描电镜结果显示合成的样品具有边长约为60 nm片状结构。同时研究了合成样品在可见光下光催化降解甲基橙的效率,结果显示在掺杂CuF2以后样品的光催化降解能力大大提升,并且比商用Ti02（P25）的光催化效果要好。优异的光催化效果主要取决于样品独特的形状和CuF2的掺杂。这种新型光催化剂为合成高催化性能的Ti02提供了可行性方法。2.通过简单的水热法,以TBOT和MnSO4为前驱体合成Mn掺杂的Ti02纳米粒子。并用XRD、SEM和SEM-EDS等表征手段对样品进行了表征,结果显示合成的样品具有很好的锐钛矿晶型,并且在600℃烧后新出现了金红石晶型。同时研究了合成样品在可见光下光催化降解钙羧酸指示剂的效率,结果显示掺杂0.0388g MnSO4的未煅烧的TiO2的催化性能要比煅烧后样品的催化性能要好。本论文还研究了Mn和氨水加入量以及煅烧温度对样品的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• Table of contents
• Chapter Ⅰ. Introduction
• 1.1. Development of photocatalyst
• 1.2. Semiconductor Photocatalysis
• 2'>1.3. Photocatalysis on TiO₂
• 1.3.1. Water Adsorption
• 2 Adsorption'>1.3.2. H₂Adsorption
• 1.3.3. Oxygen Adsorption
• 2 Adsorption'>1.3.4. CO and CO₂Adsorption
• 3 and H₂S Adsorption'>1.3.5. NH₃ and H₂S Adsorption
• 1.4. Modifications of TiO2 Nanomaterials
• 2 Nanomaterials'>1.4.1. Metal-Doped TiO₂Nanomaterials
• 2 Nanomaterials'>1.4.2. Nonmetal-Doped TiO₂Nanomaterials
• 1.5. Objective
• 2 nanosheets'>1.5.1. CuF2 doped TiO₂nanosheets
• 2 nanoparticles'>1.5.2. Mn doped TiO₂nanoparticles
• References
• 2 doped TiO2'>Chapter Ⅱ. A facile Route for the Synthesis of CuF₂ doped TiO2
• 2.1. Introduction
• 2.2. Experimental
• 2.2.1. Materials
• 2 doped TiO₂ anatase nanosheets'>2.2.2. Synthesis of CuF₂ doped TiO₂ anatase nanosheets
• 2.2.3. Characterization
• 2.2.4. Photocatalytic activity test
• 2.3. Results and discussion
• 2.3.1. XRD patterns
• 2.3.2. SEM images and EDS spectra
• 2.3.3. TEM images
• 2.3.4. FT-IR spectra
• 2.3.5. Photocatalytic activity
• 2.4. Conclusion
• References
• 2 anatase nanoparticleswith visible light photocatalytic activity'>Chapter Ⅲ Synthesis and characterization of Mn doped TiO₂ anatase nanoparticleswith visible light photocatalytic activity
• 3.1. Introduction
• 3.2. Experimental
• 3.2.1. Materials
• 2 anatase nanoparticles'>3.2.2. Synthesis of Mn doped TiO₂ anatase nanoparticles
• 3.2.3. Characterization
• 2 anatase nanoparticles'>3.2.4. Photocatalysis of Mn-TiO₂ anatase nanoparticles
• 3.3. Results and discussion
• 3.3.1. EDS analysis
• 3.3.2. XRD analysis
• 3.3.3. Effects of calcination temperature on the photocatalytic activity
• 3.3.4. Effect of ammonia on the photocatalytic activity
• 3.3.5. Effect of Mn content on the photocatalytic activity
• 3.3.6. Effect of catalyst content on the photodegradation of CA
• 3.4. Conclusion
• References
• 硕士期间的发表论文
• Acknowledgement