论文摘要
纳米半导体光催化技术被广泛的应用于治理环境污染及水处理方面等。而ZrO2作为半导体光催化剂,具有酸碱性、氧化还原性于一体的独特性能,并且当赋予ZrO2纳米尺寸、特殊形貌及孔道结构时,又同时具有了大比表面积、丰富的表面氧缺位和强离子交换能力的优点,因此,ZrO2在光催化领域具有潜在的应用价值。本文针对ZrO2禁带宽度较宽导致引发化学反应时对紫外光要求较高,且光催化活性偏低的缺点,利用简单易行的工艺,制备了纳米结构氧化锆微球,并以两种方式进行TiO2对ZrO2的掺杂改性,希望从制备纳/微米材料和半导体复合两个方面入手,来降低ZrO2的禁带宽度以提高ZrO2光催化效率。主要研究内容如下:第一,综述了半导体光催化的概念、原理、提高光催化性能的途径以及ZrO2半导体在光催化中的研究现状。第二,通过微波-醇热相结合的方法,以ZrOCl2·8H2O和钛酸四丁酯为原料,酵母菌为模板,制备了ZrO2和钛掺杂ZrO2纳米结构空心微球。主要对生成产物的形貌、晶型、能谱、紫外吸收光谱、比表面积以及红外吸收光谱进行了表征和分析,并对空心微球形成机理进行了初步的探讨。第三,以自制的ZrO2微球为核材料,以四氯化钛为钛源,通过自组装机理引导制备了核-壳结构ZrO2/TiO2。主要考察了TiCl4/HCl溶胶的浓度、水浴反应时间对产物的形貌、晶型结构、紫外吸收光谱的影响,同时对其反应机理进行了初步研究。第四,通过光催化降解甲基橙的实验,验证了ZrO2空心微球、ZrO2微球、锆基微球的光催化活性,摸索出最佳的实验条件;对比钛掺杂ZrO2空心球和核-壳ZrO2/TiO2两者的光催化活性,分析了两者光催化活性提高的原因。
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中文摘要英文摘要第1章 绪论1.1 半导体光催化剂1.1.1 概念1.1.2 半导体光催化原理1.1.3 提高半导体光催化性能的途径1.2 氧化锆半导体1.2.1 氧化锆在光催化中的应用1.2.2 氧化锆的制备方法1.3 论文选题目的和意义1.4 论文研究解决的主要问题1.5 拟选用的实验方案2空心微球'>1.5.1 以酵母菌为生物模板制备钛掺杂Zr02空心微球2/Ti02'>1.5.2 制备核-壳Zr02/Ti021.5.3 纳米结构锆基微球光催化性能的研究1.5.4 表征手段2空心微球的制备'>第2章 钛掺杂ZrO2空心微球的制备2.1 引言2.2 实验部分2.2.1 实验试剂和实验仪器2空心微球的制备'>2.2.2 钛掺杂Zr02空心微球的制备2空心微球的制备'>2.2.2.1 Zr02空心微球的制备2空心微球的制备'>2.2.2.2 钛掺杂ZrO2空心微球的制备2.3 结果与讨论2空心微球的形貌与结构'>2.3.1 Zr02空心微球的形貌与结构2.3.1.1 酵母菌用量对产物形貌的影响2.3.1.2 煅烧温度对产物形貌的影响2空心微球的XRD 图谱'>2.3.1.3 Zr02空心微球的XRD 图谱2空心微球的形貌和结构'>2.3.2 钛掺杂Zr02空心微球的形貌和结构2.3.2.1 初始Ti/Zr 摩尔比对产物形貌的影响2.3.2.2 醇热对产物表面粒子的影响2.3.2.3 煅烧温度对产物晶型的影响2.3.2.4 初始Ti/Zr 摩尔比对产物晶型的影响2.3.3 EDS 能谱分析2.3.4 UV-VIS 吸收光谱分析2.3.5 BET 分析2.3.6 红外图谱分析2.4 初步机理分析2.5 小结2/Ti02的制备'>第3章 核-壳Zr02/Ti02的制备3.1 引言3.2 实验部分3.2.1 实验试剂和实验仪器3.2.2 样品的制备2的制备'>3.2.2.1 球形ZrO2的制备2/TiO2的制备'>3.2.2.2 纳米结构核-壳ZrO2/TiO2的制备3.3 结果与讨论2的形貌与结构分析'>3.3.1 球形Zr02的形貌与结构分析3.3.1.1 聚乙烯吡咯烷酮（PVP）浓度对产物形貌的影响2微球的XRD 图谱'>3.3.1.2 Zr02微球的XRD 图谱2/Ti02的形貌和结构分析'>3.3.2 核-壳Zr02/Ti02的形貌和结构分析4/HCl 溶胶的浓度对产物形貌的影响'>3.3.2.1 TiCl4/HCl 溶胶的浓度对产物形貌的影响3.3.2.2 水浴时间对产物形貌的影响4/HCl 溶胶的浓度对产物晶型的影响'>3.3.2.3 TiCl4/HCl 溶胶的浓度对产物晶型的影响3.3.2.4 水浴时间对产物晶型的影响3.3.3 UV-VIS 吸收光谱分析4/HCl 溶胶的浓度的影响'>3.3.3.1 TiCl4/HCl 溶胶的浓度的影响3.3.3.2 水浴时间的影响3.3.4 红外图谱分析3.3.5 核-壳微球的反应机理3.4 小结第4章 纳米结构锆基微球光催化性能的研究4.1 引言4.2 实验部分4.2.1 实验试剂和实验仪器4.2.2 光催化实验4.3 结果与讨论2空心微球的光催化性能研究'>4.3.1 钛掺杂ZrO2空心微球的光催化性能研究2/Zr02对甲基橙光催化的影响'>4.3.1.1 不同比例的Ti02/Zr02对甲基橙光催化的影响4.3.1.2 煅烧温度对催化剂活性的影响4.3.1.3 催化剂用量对光催化的影响4.3.1.4 甲基橙初始浓度对光催化的影响4.3.1.5 甲基橙溶液的酸碱度对光催化的影响4.3.1.6 重复利用对光催化的影响4.3.1.7 甲基橙不同反应时间的紫外吸收光谱2/Ti02光催化性能的研究'>4.3.2 纳米结构核-壳Zr02/Ti02光催化性能的研究4.3.2.1 钛源浓度对催化剂光催化活性的影响4.3.2.2 水浴时间对催化剂活性的影响4.3.2.3 甲基橙初始浓度对光催化的影响4.3.2.4 甲基橙溶液的酸碱度对光催化的影响4.3.2.5 催化剂用量的影响4.3.2.6 重复利用对光催化的影响4.3.2.7 甲基橙不同反应时间的紫外吸收光谱4.4 小结第5章 结论参考文献致谢攻读学位期间取得的科研成果清单
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