球形二氧化钛复合光催化材料的制备与性能研究

论文摘要

球形二氧化钛具备低密度、大的比表面积,还可作为三维结构材料,因而近些年来受到广泛关注。二氧化钛是一种宽禁带半导体,对可见光无响应,为了提高其光催化活性,本文以球形二氧化钛为基底,分别通过表面负载Ag纳米颗粒和磷酸银半导体复合以期制备出具有可见光活性的光催化材料。本文采用水热法制备球形二氧化钛粉体和由球形二氧化钛组成的薄膜,对其制备方案进行了优化,并对粉体和薄膜分别进行了银纳米颗粒负载和磷酸银半导体复合,制备出具有可见光活性的球形二氧化钛复合光催化材料;并通过XRD、SEM、XPS、TEM、UV-vis等手段对粉体和薄膜复合光催化材料进行了形貌、结构、元素价态、光吸收性质等进行了表征分析。本文通过浸渍-光致还原制备出Ag/TiO2（Ⅰ）和水热一步法制备出Ag/TiO2（Ⅱ）两种不同的Ag复合的球形TiO2。二氧化钛与银纳米颗粒复合后,由于银纳米颗粒的表面等离子体共振效应可以有效地提高二氧化钛的光吸收范围,使其具备可见光活性。通过XRD、TEM、XPS等分析,结果表明水热一步法制备的Ag/TiO2（Ⅱ）中的Ag是以单质态的纳米颗粒负载在TiO2表面。由于水热法一步法可以更有效的使Ag负载到球形二氧化钛上,Ag/TiO2（Ⅱ）在可见光区的光吸收范围更广,光吸收强度更强,因而Ag/TiO2（Ⅱ）光催化活性远高于Ag/TiO2（Ⅰ）。调整水热一步法中Ag/Ti摩尔比,制备Ag/TiO2（Ⅱ）的催化活性不同,当Ag/Ti=0.05时,Ag/TiO2（Ⅱ）对甲基橙的可见光催化降解性能最好。本文通过水热法制备出由二氧化钛微球组成的薄膜,研究了水热反应的HF酸浓度、反应温度、反应时间、后处理烧结温度对薄膜形貌和光催化性能的影响。通过多次浸渍法,制备出Ag3PO4复合TiO2的复合半导体薄膜,Ag3PO4复合后该薄膜的光吸收边达到510nm,在可见光下可以光催化降解甲基橙,表明该薄膜有可见光活性。考察浸渍次数对薄膜光催化活性的影响,结果表明浸渍次数在5次时,薄膜的光催化活性最好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 2 半导体光催化机理'>1.2 Ti0₂半导体光催化机理
• 1.3 半导体光催化技术的应用
• 1.3.1 光催化降解污染物
• 1.3.2 光催化分解水制氢
• 1.3.3 光催化在卫生和医学上的应用
• 2 光催化材料的改性方法'>1.4 Ti0₂光催化材料的改性方法
• 1.4.1 元素掺杂
• 1.4.2 半导体复合
• 2 的光敏化'>1.4.3 Ti0₂的光敏化
• 1.4.4 贵金属纳米颗粒沉积
• 1.5 球形二氧化钛的制备现状
• 1.5.1 球型二氧化钛的发展状况
• 1.5.2 合成方法
• 1.6 课题研究内容
• 第2章 实验材料及其实验方法
• 2.1 实验材料及仪器设备
• 2.1.1 主要化学试剂
• 2.1.2 主要仪器设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 水热法
• 2.2.2 光致还原
• 2.3 样品性能表征
• 2.3.1 扫描电子显微镜及能谱分析（SEM-EDS）
• 2.3.2 透射电子显微镜分析（TEM）
• 2.3.3 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.3.4 X 射线光电子能谱（XPS）
• 2.3.5 紫外-可将漫反射光谱分析（UV-vis）
• 2.3.6 光催化降解测试
• 2的制备与光催化性能研究'>第3章 球形Ag/Ti0₂的制备与光催化性能研究
• 3.1 引言
• 2（Ⅰ）及性能表征'>3.2 浸渍-光致还原法制备球形Ag/Ti0₂（Ⅰ）及性能表征
• 2 的制备方法'>3.2.1 球形Ti0₂的制备方法
• 2（Ⅰ）'>3.2.2 浸渍-光致还原制备球形Ag/Ti0₂（Ⅰ）
• 2（Ⅱ）的表征分析'>3.3 水热法制备球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的表征分析
• 2（Ⅱ）的形貌和组分分析'>3.3.1 球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的形貌和组分分析
• 2（Ⅱ）的物相分析'>3.3.2 球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的物相分析
• 2（Ⅱ）的XPS 分析'>3.3.3 球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的XPS 分析
• 2（Ⅱ）的TEM 分析'>3.3.4 球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的TEM 分析
• 2（Ⅱ）的紫外漫反射分析'>3.3.5 球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的紫外漫反射分析
• 2（Ⅱ）的光催化性能表征'>3.3.6 球形Ag/Ti0₂（Ⅱ）的光催化性能表征
• 3.4 本章小结
• 3P0₄/Ti0₂薄膜的制备与光催化性能'>第4章 Ag₃P0₄/Ti0₂薄膜的制备与光催化性能
• 4.1 前言
• 2 微球薄膜的制备'>4.2 Ti0₂微球薄膜的制备
• 4.2.1 反应温度对薄膜形貌的影响
• 4.2.2 HF 酸浓度对薄膜形貌的影响
• 4.2.3 反应时间对薄膜形貌的影响
• 4.2.4 烧结温度对薄膜催化性能的影响
• 4.2.5 烧结对薄膜相组成的影响
• 4.2.6 不同温度下薄膜的紫外-漫反射图谱
• 4.2.7 烧结温度对薄膜光催化性能的影响
• 3P0₄/Ti0₂ 薄膜的制备'>4.3 Ag₃P0₄/Ti0₂薄膜的制备
• 3P0₄/Ti0₂ 薄膜表面形貌及组分分析'>4.3.1 Ag₃P0₄/Ti0₂薄膜表面形貌及组分分析
• 3P0₄/Ti0₂ 薄膜相成分分析'>4.3.2 Ag₃P0₄/Ti0₂薄膜相成分分析
• 3P0₄/Ti0₂ 薄膜的XPS 分析'>4.3.3 Ag₃P0₄/Ti0₂ 薄膜的XPS 分析
• 3P0₄/Ti0₂ 薄膜紫外-漫反射分析'>4.3.4 Ag₃P0₄/Ti0₂薄膜紫外-漫反射分析
• 3P0₄/Ti0₂ 薄膜光催化性能表征'>4.3.5 Ag₃P0₄/Ti0₂薄膜光催化性能表征
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢