稀土、硫共掺杂TiO2光催化剂的制备及其性能研究

论文摘要

本论文采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2、S掺杂的TiO2及La3+掺杂的S／TiO2纳米光催化剂，通过XRD、XPS和UV-Vis漫反射光谱等手段对催化剂进行了表征。以可见光光催化制氢为探针反应，考察了焙烧温度和S掺杂量对TiO2光催化剂活性的影响，结果发现适量S的掺入提高了TiO2光解水制氢活性，并得出了催化剂的最佳煅烧温度。XPS分析结果表明，S是主要以S6+的形式(有部分S4+)掺入TiO2品格，并取代部分Ti4+；S的掺入阻止了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变，抑制了晶粒的生长；使TiO2的吸收边带发生了更大程度的红移。用溶胶-凝胶法也制备了系列RE／S／TiO2光催化剂，通过XRD和电化学等手段进行了表征。以EDTA为电子给体，考察了光催化剂在可见光照射下的制氢活性。发现RE、S共掺杂TiO2后提高了光催化剂制氢能力，其顺序分别为Eu3+／S／TiO2＞La3+／S／TiO2＞Nd3+／S／TiO2＞Tb3+／S／TiO2＞E3+／S／TiO2＞S／TiO2＞TiO2。电化学实验表明掺杂TiO2的平带电位负移，其原因可解释为晶格畸变促使费米能级升高，导致催化剂导带的平带电位负移，因此导带上被激发电子具有更强的还原能力，从而有利于光催化剂制氢活性的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 文献综述
• 1.1 概述
• 1.2 太阳能光解水制氢的基本途径
• 2光催化反应原理'>1.3 TiO₂光催化反应原理
• 1.4 纳米氧化钛粉体的制备
• 1.4.1 物理法制备纳米氧化钛粉体
• 1.4.2 化学法制备纳米氧化钛粉体
• 1.4.2.1 液相法
• 1.4.2.2 气相法
• 2的掺杂与改性'>1.5 TiO₂的掺杂与改性
• 1.5.1 金属离子掺杂
• 1.5.1.1 过渡金属离子掺杂
• 1.5.1.2 碱金属离子掺杂
• 1.5.2 稀土离子掺杂
• 1.5.3 贵金属沉积
• 1.5.4 阴离子掺杂
• 1.5.5 双金属共掺杂
• 1.5.6 稀土金属共掺杂
• 1.5.7 非金属共掺杂
• 1.5.8 金属与稀土共掺杂
• 1.5.9 金属与非金属共掺杂
• 1.5.10 稀土与非金属共掺杂
• 1.5.11 半导体复合
• 1.5.12 染料敏化
• 2的展望'>1.6 光催化剂TiO₂的展望
• 1.6.1 多种元素的复合掺杂
• 1.6.2 将掺杂改性与固定负载相结合
• 1.6.3 加强掺杂理论的研究
• 1.6.4 注重从微观和定量的角度进行分析
• 2光催化在其它方面的发展趋势'>1.6.5 TiO₂光催化在其它方面的发展趋势
• 1.7 选题的依据和意义
• 3+/S/TiO₂的制备及光解水制氢性能研究'>第2章 La³⁺/S/TiO₂的制备及光解水制氢性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要实验试剂
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.2.3 催化剂的制备
• 2膜电极的制备及电化学分析'>2.2.4 TiO₂膜电极的制备及电化学分析
• 2.2.5 光催化反应
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 光催化活性评价
• 2.4 样品的表征
• 2.4.1 UV-Vis漫反射图谱分析
• 2.4.2 XRD分析
• 2.4.3 XPS分析
• 2.4.4 光电流-电位（Iph-E）曲线分析
• 2.5 结论
• 2的制备及光解水制氢性能研究'>第3章 RE/S/TiO₂的制备及光解水制氢性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 催化剂的制备
• 2膜电极的制备及电化学分析'>3.2.4 TiO₂膜电极的制备及电化学分析
• 3.2.5 光催化反应
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 光催化活性评价
• 3.4 样品的表征
• 3.4.1 XRD的分析结果
• 3.4.2 光电流-电位曲线分析
• 3.5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间论文发表情况