纳米TiO2光催化剂的制备及其性能表征

论文摘要

TiO2因其光稳定性好、无毒而受到广大科研工作者的青睐,但是它具有较大的禁带宽度,必须使用紫外光才能提高其催化活性,从而使其推广应用受到限制。因此,研制和开发具有高活性的TiO2光催化剂是十分重要的。 本论文中,我们通过水热法和溶剂热法合成了一系列具有高活性的TiO2光催化剂,具体在以下几个方面取得了一定的成果: 用水热法在低温下制备了高活性的棒状TiO2光催化剂,研究了温度、盐酸加入量等因素对TiO2的形貌、晶型的影响。光催化试验表明,利用本试验方法所制得的锐钛矿型TiO2在紫外光照射下具有较好的光催化活性而金红石型则在氙灯照射下具有较高的活性。 以钛酸四丁酯为前驱体,甲苯为溶剂,利用溶剂热法合成了具有高比表面积的TiO2光催化剂。利用XRD、TEM、FT-IR表征了TiO2的粒径、晶型、及颗粒的形态。最后,还利用粒度分析仪测定了其比表面积。光催化试验表明,这种TiO2的光催化活性可以和商品化的P25相比。 利用水剂热法合成了H3TiO3纳米管,然后在400℃下加热4h就会得到TiO2纳米管。探究了反应温度、时间、NaOH的浓度等因素对TiO2形貌、比表面积的影响。试验表明,TiO2能有效地光催化降解有机染料。 以TiO2纳米管为前驱体,制备了氮掺杂的、锐钛矿结构的TiO2-xNx,初步研究了氮掺杂的量与TiO2-xNx对可见光吸收的关系。试验表明,TiO2-xNx在可见光照射下可以较好的降解有机染料。具有优良的可见光活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 2光催化氧化技术理论基础和国内外研究进展'>第一章 纳米TiO₂光催化氧化技术理论基础和国内外研究进展
• 1.1 引言
• 2光催化氧化技术'>1.2 纳米、纳米科技与纳米TiO₂光催化氧化技术
• 2的光催化氧化机理'>1.3 纳米TiO₂的光催化氧化机理
• 2光激发带间跃迁和量子效率'>1.3.1 TiO₂光激发带间跃迁和量子效率
• 1.3.2 光催化剂的量子尺寸效应
• 1.3.3 光诱发电子在催化剂表面上的转移过程
• 2可见光光催化研究现状'>1.4 TiO₂可见光光催化研究现状
• 1.4.1 离子掺杂
• 1.4.2 离子注入
• 1.4.3 染料光敏化
• 1.4.4 展望
• 2的制备'>1.5 纳米TiO₂的制备
• 1.5.1 气相法
• 1.5.2 液相法
• 1.5.3 固相法
• 1.6 结语
• 1.7 论文的研究思路
• 2纳米晶及其性能的表征'>第二章 水热法制备TiO₂纳米晶及其性能的表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 光催化剂的制备
• 2.2.2 光催化剂的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2晶型的影响'>2.3.1 温度对TiO₂晶型的影响
• 2形貌的影响'>2.3.2 温度对TiO₂形貌的影响
• 2晶型的影响'>2.3.3 盐酸用量对TiO₂晶型的影响
• 2.4 反应机理
• 2光催化活性的测定'>2.5 TiO₂光催化活性的测定
• 2.5.1 实验方法
• 2.5.2 分析方法
• 2.5.3 结果与讨论
• 2.6 本章小结
• 2纳米晶及其性能表征'>第三章 溶剂热法制备TiO₂纳米晶及其性能表征
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品表征方法
• 2光催化剂的制备'>3.2.2 TiO₂光催化剂的制备
• 3.3 试验结果与讨论
• 3.3.1 反应物浓度的影响
• 2的形貌'>3.3.2 溶剂热法所制备的TiO₂的形貌
• 2的红外光谱'>3.3.3 TiO₂的红外光谱
• 3.4 光催化降解试验评价
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 空白试验
• 3.5.2 催化剂投加量对降解速率的影响
• 3.5.3 初始浓度对碱性藏花红降解率的影响
• 3.5.4 溶剂热法所制备样品与P25光催化活性之比较
• 3.5.5 碱性藏花红的光催化降解机理
• 3.5.6 降解产物的离子色谱试验
• 3.6 本章小结
• 2纳米管及其性能表征'>第四章 水热法制备TiO₂纳米管及其性能表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 样品表征
• 2纳米管的制备'>4.2.2 TiO₂纳米管的制备
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 样品的XRD分析
• 4.3.2 水热法所制备的样品的形貌
• 4.3.3 温度对样品形貌的影响
• 4.3.4 温度对样品比表面积的影响
• 4.3.5 NaOH浓度对样品比表面积的影响
• 4.4 光催化实验
• 4.5 本章小结
• 2-xN_x纳米管的制备及其光催化活性研究'>第五章 氮掺杂TiO_2-xN_x纳米管的制备及其光催化活性研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 光催化剂的制备
• 5.2.2 催化剂表征
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 氮化前后晶型的变化
• 2-xN_x纳米管的形貌'>5.3.2 TiO_2-xN_x纳米管的形貌
• 2-xN_x的X射线光电子能谱（XPS）'>5.3.3 TiO_2-xN_x的X射线光电子能谱（XPS）
• 2-xN_x纳米管的紫外—可见漫反射吸收（DRS）光谱'>5.3.4 TiO_2-xN_x纳米管的紫外—可见漫反射吸收（DRS）光谱
• 2-xN_x纳米管吸收带红移的关系'>5.3.5 氮掺杂量与TiO_2-xN_x纳米管吸收带红移的关系
• 2-xN_x纳米管的光催化性能'>5.3.6 TiO_2-xN_x纳米管的光催化性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢