掺杂改性的二氧化钛纳米材料的光催化性能研究

论文摘要

二氧化钛纳米材料具有优异的光催化活性,同时它安全、无毒副作用、性能稳定、成本低廉、无二次污染,但也存在着一些缺点,通常的二氧化钛纳米材料的光催化作用主要依赖于紫外光,而紫外光仅占太阳光能量的5%。近年来,人们开始关注通过掺杂来提高二氧化钛纳米材料在可见光激发条件下的催化活性。本文首次使用树脂限定二氧化钛纳米材料在煅烧过程中的团聚,通过不同煅烧过程:在氮气中煅烧—进行碳的掺杂和二氧化钛纳米晶体的生长;在空气中煅烧—去除样品上覆盖的及样品间多余的碳,制备出碳掺杂的二氧化钛纳米材料。该方法避免了通常合成二氧化钛纳米粒子的低比表面积以及仅在可见光具有较高活性,在紫外光下活性偏低的缺点。通过扫描电镜（SEM）、X射线粉末衍射仪（XRD）、表面光电压（SPS）、比表面积（BET）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis）等表征方法系统分析了二氧化钛的结构,进一步探讨了二氧化钛的结晶度、比表面积、分散性以及掺杂等因素对光催化活性的影响。另外,利用稀土元素独特的4f电子结构能够吸收红外能量并积累的性质,对二氧化钛纳米材料进行金属元素掺杂改性,以提高二氧化钛纳米材料在红外光区域的光催化活性。文章的最后一部分分别讨论了晶体结构对掺杂改性的二氧化钛纳米材料及纯的二氧化钛纳米材料的光催化性能的影响。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 二氧化钛纳米材料的结构
• 1.2 二氧化钛纳米材料的合成方法
• 1.2.1 溶胶-凝胶法
• 1.2.2 胶束和反胶束方法
• 1.2.3 水热法
• 1.2.4 沉积法
• 1.2.5 其他方法
• 1.3 二氧化钛纳米材料的性质
• 1.3.1 二氧化钛纳米材料的结构性质
• 1.3.2 二氧化钛纳米材料的热力学性质
• 1.3.3 二氧化钛纳米材料的XRD 性质
• 1.3.4 二氧化钛纳米材料的光电性质
• 1.4 二氧化钛纳米材料的修饰
• 1.4.1 二氧化钛的晶体结构修饰
• 1.4.2 二氧化钛纳米材料的表面化学修饰
• 1.5 二氧化钛纳米材料的研究进展及应用
• 1.5.1 二氧化钛纳米材料光催化的研究进展
• 1.5.2 二氧化钛纳米材料光催化的应用
• 1.5.3 其他方面的应用
• 1.6 主要使用的表征方法与测试手段
• 1.7 选题背景及主要研究内容
• 第二章 碳掺杂二氧化钛纳米材料合成及光催化性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 标准合成步骤
• 2.2.3 催化剂表征
• 2.2.4 催化剂活性
• 2.3 合成机理
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 碳掺杂对二氧化钛纳米粒子活性的影响
• 2.4.2 不同碳源对二氧化钛的影响
• 2.4.3 不同氮气温度下碳掺杂二氧化钛的表征与活性分析
• 2.4.4 不同空气温度下碳掺杂二氧化钛的表征与活性分析
• 2.5 本章小结
• 3+，Er³⁺掺杂二氧化钛的合成与催化性能研究'>第三章 Yb³⁺，Er³⁺掺杂二氧化钛的合成与催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料
• 3.2.2 实验仪器及设备
• 3+,Yb³⁺上转换发光纳米晶体实验'>3.3 Er³⁺,Yb³⁺上转换发光纳米晶体实验
• 3.3.1 合成步骤
• 3.3.2 结果和讨论
• 3+，Yb³⁺掺杂二氧化钛纳米粒子的实验'>3.4 Er³⁺，Yb³⁺掺杂二氧化钛纳米粒子的实验
• 3.4.1 合成步骤
• 3.4.2 结果与讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 晶型结构对二氧化钛光催化活性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 合成步骤
• 4.2.3 催化剂表征
• 4.2.4 催化剂活性
• 4.3 结果和讨论
• 4.3.1 碳掺杂的纳米二氧化钛的晶型与催化活性关系
• 4.3.2 纯的二氧化钛纳米粒子的晶型与催化活性的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历
• 攻读博士期间发表的论文
• 摘要
• Abstract