共掺杂TiO2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究

论文摘要

阳极氧化技术制备的TiO2纳米管阵列具有分布均匀、结合牢固、极高的有序结构和极低的团聚程度、高的量子效率等特点。在光电作用下,光生电子能快速进入TiO2纳米管导电基体,从而大大降低了光生电子-空穴对复合的可能性,表现出较好的光电催化活性。但TiO2是一种宽禁带半导体材料（Eg = 3.2 eV）,只能吸收太阳光谱中的紫外光部分,而紫外光只占太阳光总能量的5%左右,因此如何提高TiO2对可见光的光响应仍然是目前该领域的研究热点。本文采用阳极氧化法制备出TiO2纳米管阵列薄膜,并对其掺杂以及复合等改性研究,考察了它们的光催化活性和光电性能。具体研究内容如下:（1）采用电化学阳极氧化法,在含NH4F的乙二醇电解液中制备TiO2纳米管阵列薄膜,考察了氧化参数（偏压、氧化时间、NH4F浓度）对TiO2纳米管形貌的影响。此外,还研究了后处理温度和TiO2纳米管长度对光催化活性、光电流性能的影响。（2）将TiO2纳米管阵列薄膜和硫脲置于管式炉中,真空条件下热处理制备得到了氮硫共掺杂TiO2纳米管阵列薄膜。X射线光电子能谱（XPS）表征结果显示N和S同时进入TiO2的晶格中,扩展了可见光吸收范围,提高了可见光光催化降解亚甲基蓝的能力,增强了可见光光电流响应。（3）在TiO2纳米管阵列薄膜（TiO2NTAs）表面真空溅射沉积Mo,进一步热处理制备得到N-TiO2/MoO3纳米管阵列复合薄膜。结果表明,Mo的引入有利于N掺杂到TiO2晶格中,而且MoO3和TiO2复合有利于改善其对光吸收的能力。在可见光照射下,N-TiO2/MoO3纳米管阵列复合薄膜比TiO2纳米管阵列薄膜具有更好的光催化活性和光电性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 2 的基本性质'>1.1 TiO₂的基本性质
• 2 光催化原理'>1.2 TiO₂光催化原理
• 2 纳米管阵列薄膜'>1.3 电化学阳极氧化制备TiO₂纳米管阵列薄膜
• 2 纳米管'>1.3.1 不同电解液体系制备TiO₂纳米管
• 2 纳米管阵列的形成机理'>1.3.2 TiO₂纳米管阵列的形成机理
• 2 纳米管的改性'>1.4 TiO₂纳米管的改性
• 1.4.1 元素掺杂
• 1.4.2 颗粒修饰或表面活化
• 2 纳米管阵列薄膜（改性）的应用'>1.5 TiO₂纳米管阵列薄膜（改性）的应用
• 1.5.1 光催化降解污染物
• 1.5.2 染料敏化太阳能电池
• 1.5.3 光解水制氢
• 1.5.4 其它方面的应用
• 1.6 本课题的提出和论文研究内容
• 参考文献
• 2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能的研究'>第二章 TiO₂纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2 纳米管的制备'>2.2.1 TiO₂纳米管的制备
• 2.2.2 表征
• 2.2.3 光催化评价
• 2.3 结果与讨论
• 2 纳米管阵列的形貌'>2.3.1 TiO₂纳米管阵列的形貌
• 2.3.2 晶体结构
• 2.3.3 光催化反应
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 2纳米管阵列薄膜光催化活性及光电流性能的研究'>第三章 两步法制备TiO₂纳米管阵列薄膜光催化活性及光电流性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 催化剂的制备
• 3.2.2 催化剂的表征
• 3.2.3 光电性质的测定
• 3.2.4 光催化评价
• 3.3 结果和讨论
• 2 纳米管阵列薄膜的形貌'>3.3.1 TiO₂纳米管阵列薄膜的形貌
• 3.3.2 XRD 分析
• 3.3.3 光电化学性质
• 3.3.4 光催化降解甲基橙溶液
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 2纳米管阵列薄膜的可见光催化和光电性质的研究'>第四章 氮硫共掺杂的TiO₂纳米管阵列薄膜的可见光催化和光电性质的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 2 纳米管阵列薄膜的制备'>4.2.1 氮硫共掺杂TiO₂纳米管阵列薄膜的制备
• 4.2.2 催化剂表征
• 4.2.3 光电流和光催化活性测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 SEM 分析
• 4.3.2 XRD 分析
• 4.3.3 XPS 分析
• 4.3.4 UV-Vis 漫反射光谱分析
• 4.3.5 光电流性质
• 4.3.6 光催化活性
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 2/ MoO₃纳米管阵列复合材料的制备及可见光光催化和光电性质的研究'>第五章 N-TiO₂/ MoO₃纳米管阵列复合材料的制备及可见光光催化和光电性质的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 催化剂的制备
• 5.2.2 催化剂的表征
• 5.2.3 可见光光电性质的测定
• 5.2.4 光催化反应
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 形貌分析
• 5.3.2 晶体结构分析
• 5.3.3 UV-Vis 漫反射吸收光谱分析
• 5.3.4 XPS 分析
• 5.3.5 光电性质
• 5.3.6 光催化活性
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 硕士期间完成的论文
• 致谢