纳米TiO2光催化材料的制备与改性研究

论文摘要

纳米TiO2作为光催化剂由于化学性质稳定、无毒、成本低和抗光腐蚀等优点而被认为最有应用前景。但纯TiO2仅能吸收太阳光中的紫外部分，且光生电子与空穴容易复合，因此，光催化效率不高。掺杂改性来提高TiO2光催化效率是有效手段之一。把磁性的氧化铁植入TiO2粒子，形成核壳结构的复合纳米粒子，为实际应用中的TiO2的分离与回收提供了一个切实可行的方法。本研究课题以钛酸四丁酯为前驱体，溶胶-凝胶法制备纯TiO2、Fe3+-TiO2纳米粉末和（γ-Fe2O3@SiO2）n@TiO2核壳复合纳米粒子，并采用透射电子显微镜（TEM）、X光衍射（XRD）、热重差热分析仪（DTA-TG）、UV光谱检测的测试技术，对粉末的平均粒径、形貌、物相、热稳定性和光催化性能等进行了表征。用亚甲蓝光化学降解实验来测试核壳复合纳米粒子的光催化效果。分析结果表明，用溶胶-凝胶法制备的掺杂Fe的TiO2纳米粉末颗粒细小均匀，形状完整，外观呈球形，平均粒径约为15nm。通过对样品在500-190nm区间的光谱扫描，我们发现Fe掺杂提高了TiO2对紫外光的吸收强度，并且提高了其对可见光的响应强度，使其光谱影响范围发生了一定程度的红移，从而提高了材料的光催化性能。通过对核壳结构试样的光催化实验，我们得出：经配制的含有被硅氧化物包裹的γ-Fe2O3磁芯的核壳TiO2复合纳米磁性粒子的光催化能力已接近于纯TiO2。更重要的是：当γ-e2O3磁芯粒径约10nm时此种核壳复合纳米粒子显示出超顺磁性，超顺磁性的核壳复合纳米粒子可完全解除磁团聚。这就使得在实际应用中以往难以解决的TiO2的分离与回收问题迎刃而解。也使得TiO2功能材料在光催化领域与生物技术领域得到更加广泛的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 2的研究进展和前景展望'>1.1 纳米TiO₂的研究进展和前景展望
• 2的特性及其研究'>1.1.1 纳米TiO₂的特性及其研究
• 2光催化的应用'>1.1.2 纳米TiO₂光催化的应用
• 2的光催化原理'>1.2 纳米TiO₂的光催化原理
• 2的光催化性能的影响因素'>1.3 纳米TiO₂的光催化性能的影响因素
• 2光催化性能的途径'>1.4 提高纳米TiO₂光催化性能的途径
• 2光催化剂的制备方法'>1.5 纳米TiO₂光催化剂的制备方法
• 1.5.1.溶胶——凝胶法
• 1.5.2 液相沉积法
• 1.5.3 气相沉积法
• 1.5.4 固相法
• 1.6 本课题研究的内容和意义
• 2的制备及表征分析'>第二章 掺铁纳米TiO₂的制备及表征分析
• 2.1 本实验所用试剂及仪器
• 2的制备'>2.2 纳米TiO₂的制备
• 2粒子的制备'>2.3 掺铁TiO₂粒子的制备
• 2.4 分析与讨论
• 3+-TiO₂样品的XRD表征'>2.4.1 Fe³⁺-TiO₂样品的XRD表征
• 3+-TiO₂样品的TEM表征'>2.4.2 Fe³⁺-TiO₂样品的TEM表征
• 3+-TiO₂样品的热重-差热分析'>2.4.3 Fe³⁺-TiO₂样品的热重-差热分析
• 2和Fe³⁺-TiO₂样品的UV光谱检测试验'>2.4.4 纯TiO₂和Fe³⁺-TiO₂样品的UV光谱检测试验
• 2.5 小结
• 2的制备及表征分析'>第三章 核壳复合纳米TiO₂的制备及表征分析
• 3.1 本实验所用试剂及仪器
• 2O₃@SiO₂）nOTiO₂复合纳米粒子的制备'>3.2 核壳（γ-Fe₂O₃@SiO₂）nOTiO₂复合纳米粒子的制备
• 3.2.1 核壳复合纳米粒子的制备工艺
• 3.2.2 核壳复合纳米粒子的形成过程
• 3.3 亚甲基蓝的光降解试验
• 3.4 分析与讨论
• 2O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的XRD表征'>3.4.1 核壳结构（γ—Fe₂O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的XRD表征
• 2O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的TEM表征'>3.4.2 核壳结构（γ—Fe₂O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的TEM表征
• 2O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的光催化能力分析.'>3.4.3 核壳结构（γ—Fe₂O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的光催化能力分析.
• 2O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的磁响应能力分析.'>3.4.4 核壳结构（γ—Fe₂O₃@SiO₂）n@TiO₂复合纳米粒子的磁响应能力分析.
• 3.5 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表