掺杂过渡金属离子的TiO2介孔材料的表征及应用研究

论文摘要

TiO2介孔材料因其在光催化、催化剂载体、传感器、电化学器件等方面具有种种潜在的用途而备受关注,已经成为材料科学一个崭新的研究方向。在处理有机废水方面显示了比纳米TiO2更高的光催化效率。在特定情况下显示出了很广阔的应用前景。本研究首次采用新型材料Gemini1231作为模板剂,用溶胶-凝胶法在室温下合成TiO2。采用差热分析、X射线衍、N2吸附-脱附、TEM等对样品进行了表征。结果表明,在钛源和模板剂比例为0.75时,具有较好的介孔结构,比表面积可达383.8m2/g,最可几孔径为5.4nm,晶粒的尺寸为22.60nm,XRD测试发现较强的锐钛矿型特征峰而未发现金红石相特征衍射峰,说明本实验制备的介孔TiO2为稳定锐钛矿型。通过小角X射线衍射分析和TEM照片发现,产物为规整的介孔结构。由于TiO2可利用的激发光源仅限于紫外光,而太阳光中仅含4%左右的紫外光,远远达不到利用TiO2处理各种废水的要求。过渡金属离子掺杂可在TiO2晶格中引入缺陷位置或改变结晶度,从而影响电子与空穴的复合,某些金属离子的掺入还可以扩展光吸收波长的范围,因此本研究尝试在介孔材料中掺入Fe3+和V5+,从而提高介孔TiO2的催化活性。测试结果表明,适量Fe3+和V5+掺杂对TiO2介孔结构影响显著,但可以大幅度提高介孔TiO2的活性。通过光催化降解甲基橙实验得到了最佳的配比。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 几种降解污染物的方法
• 1.2 光催化技术
• 1.3 国内外研究现状
• 2 光催化性能的影响因素'>1.4 掺杂TiO₂光催化性能的影响因素
• 1.5 本实验所用的表征方法
• 1.6 研究目的和意义
• 1.7 本实验的创新之处
• 2的合成与表征'>第二章 介孔TiO₂的合成与表征
• 2.1 溶胶-凝胶法（Sol-Gel method）基本原理及特点
• 2.2 实验仪器与实验药品
• 2.3 实验部分
• 2 的表征'>2.4 介孔TiO₂的表征
• 2.5 本章 小结
• 2的合成与表征'>第三章 掺Fe（Ⅲ）介孔TiO₂的合成与表征
• 2 光催化机理'>3.1 掺Fe（Ⅲ）介孔TiO₂光催化机理
• 3.2 实验部分
• 2 光催剂的表征'>3.3 掺Fe（Ⅲ）介孔TiO₂光催剂的表征
• 3.4 本章 小结
• 2的合成与表征'>第四章 掺V（Ⅴ）介孔TiO₂的合成与表征
• 4.1 实验步骤
• 2 光催剂的表征'>4.2 掺V（Ⅴ）介孔TiO₂光催剂的表征
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢