纳米二氧化钛复合物的制备及其光催化性质研究

论文摘要

近年来，纳米TiO2已成为当前人们的研究热点。纳米TiO2除了具有一般纳米材料的特点外，还具有良好的光催化性能。研究结果表明；纳米TiO2能分解卤代烃、酚类以及空气中的甲醛、丙酮等有机污染物为二氧化碳和水。因此，纳米TiO2在水质净化、大气污染治理、太阳能利用、自清洁等方面具有宽广的应用前景。然而，纯纳米TiO2在实际应用中存在一些缺陷，如纯TiO2带隙较宽，光吸收仅限于紫外光区。因此，纯TiO2一般只能利用紫外线进行光分解，而且分解效果差，光能利用率低。新型纳米TiO2复合材料，能够提高光催化效率，并将可利用的光谱范围由紫外增至可见光区，更有效地利用太阳光进行环境污染治理或太阳能电池等方面。本论文采用改进的溶胶-凝胶法，以钛酸四丁脂为基本原材料制备了纳米TiO2及其不同复合物，采用电子透射电镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、光电子能谱（XPS）、拉曼光谱仪（LR）、能量色散分析（EDXA）、热重及差热分析（TG／DSC）、紫外—可见光光谱仪（UV）、等现代仪器对产物进行了表征，对产物的形成机理进行了讨论。论文主要内容如下：1．纳米二氧化钛的制备和表征本章采用改进的溶胶-凝胶法，在特定的反应条件下，制各了分散较好的锐钛矿相纳米二氧化钛。分别用TEM、XRD、TG和IR等手段对产物进行了测试分析。主要讨论了酸的用量、无水乙醇的用量、表面活性剂种类等对产物的影响。2．纳米二氧化硒／二氧化钛复合物的制备和光催化活性的研究本章采用溶胶-凝胶法，在前人工作的基础上，改进实验条件，分别采用高温晶化法和水浴晶化法制得了SeO2掺杂TiO2纳米复合物。所得产物分别用SEM、XRD、HRTEM、XPS、TG、UV和IR进行了测试分析。一系列的表征表明复合物中两种氧化物不是简单的物理混合，Se可能替换了TiO2晶格中的Ti而进入了TiO2晶格中。光催化实验表明，SeO2的掺杂提高了纯TiO2的光催化活性，对该催化机理进行了初步探讨。3．纳米二氧化碲及二氧化碲／二氧化钛复合物的制备本章采用液相均匀沉淀法制备了TeO2／TiO2复合物。分别用SEM、TEM、XRD、UV-Vis、IR、LR、TG／DSC、EDXA等对产物进行了一系列表征，讨论了产物的形成机理及影响因素。4．纳米五氧化二钒／二氧化钛复合物的制备采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁脂、偏钒酸氨为原材料制备了纳米V2O5／TiO2复合物。采用SEM、TEM、XRD、IR、EDXA等方法对复合物进行了表征分析，讨论了产物的形成机理及影响因素。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• §1.1 引言
• §1.2 纳米材料的结构
• §1.3 纳米材料的特性
• 1.3.1 表面效应
• 1.3.2 小尺寸效应
• 1.3.3 量子尺寸效应
• 1.3.4 宏观量子隧道效应
• §1.4 纳米复合材料
• 2复合粒子的研究现状'>§1.5 纳米TiO₂复合粒子的研究现状
• 2的改性方法'>1.5.1 纳米TiO₂的改性方法
• 2复合材料'>1.5.2 金属离子掺杂纳米TiO₂复合材料
• 2及其复合物光催化性质的研究现状'>§1.6 纳米TiO₂及其复合物光催化性质的研究现状
• 2光催化反应的机理'>1.6.1 纳米TiO₂光催化反应的机理
• 2的光催化机理'>1.6.2 金属离子掺杂TiO₂的光催化机理
• 1.6.3 光催化性质研究现状
• 1.6.3.1 紫外光光催化降解研究现状
• 1.6.3.2 光催化降解范围的可见光化的研究现状
• 2的应用'>§1.7 纳米TiO₂的应用
• 2在空气净化中的应用'>1.7.1 纳米TiO₂在空气净化中的应用
• 2在水中有机污染物降解方面的应用'>1.7.2 纳米TiO₂在水中有机污染物降解方面的应用
• 2在太阳能电池方面的应用'>1.7.3 纳米TiO₂在太阳能电池方面的应用
• §1.8 本文的立题和研究内容
• 2及其复合物的制备'>1.8.1 纳米TiO₂及其复合物的制备
• 2的光催化活性'>1.8.2 金属离子的掺杂改变纳米TiO₂的光催化活性
• 参考文献
• 2的制备与表征'>第二章 纳米TiO₂的制备与表征
• §2.1 引言
• §2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2的制备'>2.2.2 TiO₂的制备
• 2.2.3 产物的表征
• §2.3 结果与讨论
• 2.3.1 表征结果
• 2.3.1.1 透射电镜（TEM）
• 2.3.1.2 X射线衍射（XRD）
• 2.3.1.3 热重曲线（TG）
• 2.3.1.4 红外光谱（IR）
• 2.3.2 影响因素
• 2.3.2.1 反应物配比的影响
• 2.3.2.2 表面活性剂的影响
• 2.3.2.3 研磨的影响
• 本章小结
• 参考文献
• 2/TiO₂复合物及其光催化性质'>第三章 高温晶化法制备纳米SeO₂/TiO₂复合物及其光催化性质
• §3.1 引言
• §3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 2/TiO₂复合物的制备'>3.2.2 SeO₂/TiO₂复合物的制备
• 3.2.3 产物的表征
• 3.2.4 光催化实验
• §3.3 结果与讨论
• 3.3.1 表征结果
• 3.3.1.1 扫描电镜图象（SEM）
• 3.3.1.2 高分辨透射电镜（HRTEM）
• 3.3.1.3 X-射线衍射（XRD）
• 3.3.1.4 光电子能谱（XPS）
• 3.3.1.5 产物的光谱分析
• 3.3.2 水洗对产物的影响
• 3.3.3 反应机理
• 3.3.4 光催化活性
• 本章小结
• 参考文献
• 2/TiO₂复合物及其光催化性质'>第四章 水浴晶化法制备纳米SeO₂/TiO₂复合物及其光催化性质
• §4.1 引言
• §4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 2/TiO₂复合物的制备'>4.2.2 SeO₂/TiO₂复合物的制备
• 4.2.3 产物的表征
• 4.2.4 光催化实验
• §4.3 结果与讨论
• 4.3.1 表征结果
• 4.3.1.1 扫描电镜图象（SEM）
• 4.3.1.2 X-射线衍射（XRD）
• 4.3.1.3 光电子能谱（XPS）
• 4.3.1.4 产物的光谱分析
• 4.3.2 影响因素
• 4.3.2.1 水洗对产物的影响
• 4.3.2.2 水浴时间对产物的影响
• 4.3.2.3 不同原料对水浴产物形貌及晶型的影响
• 4.3.3 光催化性质
• 2/TiO₂的比较'>4.3.4 高温晶化法与水浴晶化法制备复合物SeO₂/TiO₂的比较
• 4.3.5 两种制备方法所得产物光催化机理的研究
• 本章小结
• 参考文献
• 2及TeO₂/TiO₂复合物的制备与表征'>第五章 纳米TeO₂及TeO₂/TiO₂复合物的制备与表征
• §5.1 引言
• §5.2 实验部分
• 5.2.1 仪器与试剂
• 2/TiO₂复合物的制备'>5.2.2 TeO₂/TiO₂复合物的制备
• 5.2.3 产物的表征
• §5.3 结果与讨论
• 5.3.1 表征结果
• 5.3.1.1 扫描电镜图象（SEM）
• 5.3.1.2 X射线衍射分析（XRD）
• 5.3.1.3 能量色散X-射线分析（EDXA）
• 5.3.1.4 红外光谱分析（IR）
• 5.3.1.5 紫外光谱分析（UV-Vis）
• 5.3.2 表面活性剂对产物的影响
• 5.3.3 反应机理
• 本章小结
• 参考文献
• 2O₅/TiO₂纳米复合物的制备与表征'>第六章 纳米V₂O₅/TiO₂纳米复合物的制备与表征
• §6.1 引言
• §6.2 实验部分
• 6.2.1 仪器与试剂
• 2O₅/TiO₂复合物的制备'>6.2.2 V₂O₅/TiO₂复合物的制备
• 6.2.3 产物的表征
• §6.3 结果与讨论
• 6.3.1 表征结果
• 6.3.1.1 扫描电镜图象（SEM）
• 6.3.1.2 X射线衍射分析（XRD）
• 6.3.1.3 能量色散X-射线分析（EDXA）
• 6.3.1.4 红外光谱分析（IR）
• 6.3.1.5 紫外光谱分析（UV-Vis）
• 6.3.2 反应机理
• 本章小结
• 参考文献
• 第七章 论文总结
• 硕士期间发表的文章
• 致谢