稀土改性TiO2纳米颗粒光催化活性研究

论文摘要

光催化反应已经在环保、制氢、能源等领域等到了广泛应用。TiO2具有良好的光催化性能,且具有高效、节能、无二次污染等优点,是最为常用的光催化剂之一。然而TiO2存在着一些固有缺陷:如禁带宽度较大（3.2 eV）,只能利用自然光中3%的能量（吸收其中波长小于387 nm的光）;光生载流子易复合等,因此,如何通过改性提高TiO2的可见光催化活性成为当前国内外光催化领域的研究热点。本研究通过溶胶凝胶-共沉淀法制备掺杂不同稀土元素的改性TiO2纳米颗粒光催化剂,通过实验对比其光催化活性,使用TEM、XPS、XRD、BET、DRS等现代分析工具对催化剂形貌、结构进行表征,以实验和表征结果为依据,探讨煅烧温度对于溶胶-凝胶法制备的稀土元素掺杂改性TiO2纳米颗粒光催化剂活性的影响,以及在不同波长下,稀土元素各性质对于稀土掺杂改性TiO2催化降解有机污染物的光催化活性的影响机理。结论如下:溶胶-凝胶法制备稀土元素掺杂改性TiO2纳米颗粒光催化剂的最佳煅烧条件为450℃,2 h;在紫外光区,影响改性TiO2纳米颗粒光催化性能的主要有以下三个因素,重要性由高到低依次为:4f电子跃迁特性;变价稀土元素掺杂对光催化剂的特殊作用;稀土元素离子半径。在可见光区,影响稀土元素掺杂改性TiO2纳米颗粒光催化活性的因素依重要性排序为:变价稀土元素掺杂对光催化剂的特殊作用;4f电子跃迁特性;稀土元素离子半径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 2 的光催化原理、应用与研究热点'>1.1 TiO₂的光催化原理、应用与研究热点
• 2 光催化反应原理'>1.1.1 TiO₂光催化反应原理
• 2 光催化技术的应用'>1.1.2 TiO₂光催化技术的应用
• 2 光催化剂制备方法'>1.1.3 TiO₂光催化剂制备方法
• 2 光催化剂研究热点'>1.1.4 TiO₂光催化剂研究热点
• 2 光催化性能的影响因素'>1.1.5 TiO₂光催化性能的影响因素
• 2 光催化剂的改性方法'>1.1.6 TiO₂光催化剂的改性方法
• 1.2 光催化降解草酸反应
• 1.2.1 水体中有机污染物治理研究
• 1.2.2 光催化降解水中有机污染物的主要影响因素
• 1.2.3 光催化降解草酸反应的意义
• 1.3 研究方案
• 2纳米颗粒光催化剂的制备'>第二章 稀土掺杂TiO₂纳米颗粒光催化剂的制备
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.2 制备条件
• 2.3 制备过程
• 2纳米颗粒光催化剂活性对比'>第三章 稀土掺杂TiO₂纳米颗粒光催化剂活性对比
• 3.1 实验试剂与仪器
• 3.2 实验方法
• 3.3 主要实验设备简介
• 3.3.1 光化学反应仪
• 3.3.2 TOC 分析仪
• 3.4 光催化降解草酸实验过程
• 2 光催化活性影响'>3.4.1 煅烧温度对RE-doped-TiO₂光催化活性影响
• 2光催化剂活性对比实验'>3.4.2 不同RE-doped-TiO₂光催化剂活性对比实验
• 3.5 小结
• 2纳米颗粒光催化剂表征'>第四章 稀土掺杂TiO₂纳米颗粒光催化剂表征
• 4.1 表征设备
• 4.2 场发射透射电子显微镜（TEM）
• 4.2.1 TEM 表征简介
• 4.2.2 TEM 表征结果分析
• 4.3 X 射线光电子能谱（XPS）
• 4.3.1 XPS 表征简介
• 4.3.2 XPS 表征结果分析
• 4.4 X 射线衍射分析（XRD）
• 4.4.1 XRD 分析简介
• 4.4.2 XRD 表征结果分析
• 4.5 比表面及孔隙度分析（BET）
• 4.5.1 BET 分析简介
• 4.5.2 BET 表征结果分析
• 4.6 紫外-可见漫反射光谱（DRS）
• 4.6.1 DRS 分析简介
• 4.6.2 DRS 表征结果分析
• 4.7 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢