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钛酸盐光催化剂的制备及光催化分解水性能

2020-12-06阅读(128)

钛酸盐光催化剂的制备及光催化分解水性能

论文摘要

本论文采用溶胶-凝胶法合成了Bi4Ti3-xMxO12（x=00.5, M=Cr、Fe、Co）系列单相多晶材料,并对其进行了负载NiOx的研究,通过差热（DTA）、粉末X射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）、傅里叶-红外（FT-IR）、比表面积（BET）、扫描电子显微镜（SEM）和光催化分解水制氢实验等测试手段对这些复合氧化物的合成、结构及光催化性能进行了较为系统的探讨和研究,为铋氧层钙钛矿型复合氧化物的研究、开发和应用提供了实验依据。研究表明Bi4Ti3-xMxO12（x=00.5, M=Cr、Fe、Co）为铋氧层钙钛矿型结构,属正交晶系。UV-vis分析表明,该系列样品在可见光区有很好的吸光性能。通过BET分析发现,该系列样品的比表面积相对较大,且随着x值的增加而增大。SEM结果表明,随着金属离子掺杂量的增加,催化剂表面结晶度提高。光催化分解水制氢实验结果表明,结晶度是决定样品光催化活性的最重要因素,这是因为结晶度提高,意味着缺陷的减少,进而降低了电子-空穴对复合的几率,从而提高其光催化活性。这为开发新型高效的光催化剂提供了很好的思路。通过对Bi4Ti3-xMxO12（x=00.5,M=Cr、Co）系列样品进行光解水制氢性能测试,发现掺杂后样品的催化活性明显提高,且负载NiOx对其催化活性也有一定程度的提高,其中Bi4Ti2.6Cr0.4O12的效果最佳。这是因为Cr、Co掺杂使TiO6八面体结构发生畸变,从红外光谱中可以看出800cm-1波长处TiO6八面体结构的吸收峰随着掺杂量的增加明显减小,这对催化活性有重要意义。Bi4Ti3-xFexO12（x=00.5）也为钙钛矿型结构,属正交晶系。随着x值的逐渐增大,其在可见光区的吸收明显增强,并在波长420480nm处有一个较强的吸收峰,随着x值的增加比表面积呈上升趋势。经过掺杂后催化剂的活性反而降低。这是因为Fe掺杂使TiO6八面体结构发生畸变,从红外光谱中几乎看不出800cm-1波长处TiO6八面体结构的吸收峰。所以,选择适当的元素,进行适当的掺杂是提高可见光区催化活性的关键。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 光催化技术的应用
  • 1.2.1 光催化分解水
  • 1.2.2 光催化降解污染物
  • 1.2.3 光催化化学合成
  • 1.3 提高半导体光催化剂活性的途径
  • 1.3.1 半导体复合型光催化剂和金属沉积
  • 1.3.2 离子修饰、加氧化剂及表面光敏化
  • 1.3.3 电化学辅助光催化和表面螯合及衍生作用
  • 1.4 钙钛矿型光催化剂研究现状
  • 1.4.1 铋系复合氧化物光催化剂
  • 4Ti3O12 型复合氧化物光催化剂的研究现状及分析'>1.4.2 Bi4Ti3O12型复合氧化物光催化剂的研究现状及分析
  • 1.5 本论文的选题思路及研究内容
  • 第2章 实验材料及其实验方法
  • 2.1 实验仪器
  • 2.2 实验原料
  • 2.3 物相组成及结构分析
  • 2.3.1 差热分析（DTA）
  • 2.3.2 粉末X 射线多晶体衍射（XRD）分析
  • 2.3.3 傅里叶-红外（FT-IR）光谱分析
  • 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）分析
  • 2.3.5 紫外-可见漫反射光谱分析（UV-vis）
  • 2.3.6 比表面积分析（BET）
  • 2.4 催化剂光分解水制氢性能测试
  • 4Ti3-xCrxO12（x=0～0.5）的合成与结构表征及光催化性能'>第3章 Bi4Ti3-xCrxO12（x=0～0.5）的合成与结构表征及光催化性能
  • 3.1 引言
  • 4Ti3O12 样品的合成'>3.2 Bi4Ti3O12样品的合成
  • 3.2.1 工艺流程及合成步骤
  • 3.2.2 DTA 分析
  • 3.3 物相组成及结构分析
  • 3.3.1 XRD 分析
  • 3.3.2 FT-IR 谱图分析
  • 3.3.3 紫外-可见漫反射光谱分析
  • 3.3.4 比表面积及分析
  • 3.3.5 合成样品的表面形貌分析
  • 3.4 光催化分解水制氢性能测试
  • x 对样品催化活性的影响'>3.4.1 负载NiOx对样品催化活性的影响
  • 3.4.2 Cr 掺杂量对样品催化活性的影响
  • 3.5 本章小结
  • 4Ti3-xFexO12（x=0～0.5）的合成与结构表征及光催化性能'>第4章 Bi4Ti3-xFexO12（x=0～0.5）的合成与结构表征及光催化性能
  • 4.1 引言
  • 4Ti3-xFexO12 （x=0～0.5）多晶样品的合成'>4.2 Bi4Ti3-xFexO12（x=0～0.5）多晶样品的合成
  • 4.3 样品的物相组成及结构分析
  • 4.3.1 晶体结构分析
  • 4.3.2 FT-IR 谱图分析
  • 4.3.3 紫外-可见漫反射光谱分析
  • 4.3.4 比表面积及分析
  • 4.3.5 合成样品的表面形貌分析
  • 4.4 光催化分解水制氢性能测试
  • 4.5 本章小结
  • 4Ti3-xCoxO12（x=0～0.3）的制备及其光催化分解水的性能'>第5章 Bi4Ti3-xCoxO12（x=0～0.3）的制备及其光催化分解水的性能
  • 5.1 引言
  • 4Ti3-xCoxO12 （x=0～0.3）样品的合成'>5.2 Bi4Ti3-xCoxO12（x=0～0.3）样品的合成
  • 5.3 物相组成及结构分析
  • 5.3.1 晶体结构分析
  • 5.3.2 FT-IR 谱图分析
  • 5.3.3 紫外-可见漫反射光谱分析
  • 5.3.4 比表面积及分析
  • 5.3.5 合成样品的表面形貌分析
  • 4Ti3-xCoxO12（x=0～0.3）的催化制氢测试'>5.4 Bi4Ti3-xCoxO12（x=0～0.3）的催化制氢测试
  • 5.5 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文
  • 致谢

    • 相关论文文献

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