新型半导体光催化剂的制备及光催化性能研究

论文摘要

随着全球环境污染的日益严重，环境净化越来越引起国内外的关注。半导体光催化氧化技术在污水处理、空气净化、抗菌和自洁净玻璃等领域具有广阔的应用前景。半导体光催化氧化技术的出现克服了许多传统方法的不足，因此已成为各国科技工作者研究的热点。但光催化效率和太阳能利用率低等问题阻碍了半导体光催化材料的推广应用。近年来，世界各国的研究者一直在努力地探索改性半导体催化剂的方法和途径。本文从制备大比表面积的催化剂和掺杂改性等方面来研究其对半导体光催化性能的影响。第二章，本章的重点是探索高活性大比表面积纯锐钛矿型纳米TiO2的制备。本章实验中以TiCl4作为钛源，利用水热合成法制备纳米TiO2粉末。通过对水热反应温度、时间以及溶胶浓度的控制可以得到高活性大比表面积的纳米TiO2粉末。改变反应条件可以改变TiO2颗粒尺寸，从而得到高比表面积的纳米TiO2粉末。制备的纳米TiO2粉末光催化活性明显高于P25粉末，为制备高活性的TiO2粉末提供了新的思路。第三章，为了克服光生电子-空穴对易复合的缺点，本章的重点是研究MWCNTs和C60对纳米TiO2光催化活性的影响。以MWCNTs为载体，利用水热合成法制备了水溶性C60／TiO2／MWCNTs纳米复合粉末，由于MWCNTs和C60容易导出电子的特性，可以有效的减少光生电子-空穴对的复合几率，从而增加其光催化性能。第四章，为了增强WO3的光催化活性，掺杂MWCNTs来进行改性。本章的重点是研究MWCNTs对半导体WO3光催化性能的影响。通过将钨的可溶性盐与MWCNTs混合，将钨盐负载在MWCNTs表面和填充到MWCNTs内部，煅烧后即可得到WO3／MWCNTs纳米复合材料。利用MWCNTs良好的导电性和吸附性，可以大大增强WO3的光催化活性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 半导体光催化作用机理
• 1.3 光催化应用中存在的问题
• 1.4 光催化活性的影响因素
• 1.4.1 晶型
• 1.4.2 晶粒尺寸
• 1.4.3 表面面积
• 1.4.4 表面性质与结构
• 1.5 半导体光催化剂改性方法
• 1.5.1 贵金属沉积
• 1.5.2 复合半导体
• 1.5.3 非金属掺杂
• 1.5.4 金属离子掺杂
• 1.5.5 表面超强酸化法
• 1.5.6 染料光敏化
• 1.6 半导体光催化剂的制备方法
• 1.6.1 液相法制备纳米二氧化钛颗粒
• 1.6.1.1 溶胶-凝胶法
• 1.6.1.2 水热法
• 1.6.1.3 微乳液法
• 1.6.1.4 化学沉淀法
• 1.6.2 固相法制备纳米二氧化钛颗粒
• 1.6.3 气相法制备纳米二氧化钛颗粒
• 1.6.3.1 等离子体化学反应法
• 1.6.3.2 钛醇盐气相水解法
• 1.6.3.3 化学气相沉积法
• 1.7 光催化技术的应用
• 1.7.1 污水的处理
• 1.7.2 空气净化
• 1.7.3 杀菌
• 1.7.4 表面自洁
• 1.7.5 光解水制氢
• 1.8 光催化技术研究现状
• 1.9 研究的目的和意义
• 2纳米粉末'>第2章 水热法制备高活性TiO₂纳米粉末
• 2.1 引言
• 2.2 实验
• 2.2.1 实验药品及仪器
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 性能测试
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 FETEM分析
• 2.3.3 光催化活性分析
• 2.3.4 UV-Vis吸收光谱和PL谱分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 XRD分析
• 2.4.2 颗粒尺寸分析
• 2.4.2.1 水热反应温度对粒径的影响
• 2.4.2.2 水热反应时间对粒径的影响
• 2.4.2.3 溶胶浓度对粒径的影响
• 2.4.3 FETEM分析
• 2.4.4 光催化活性分析
• 2.4.5 UV-Vis吸收光谱和PL谱分析
• 2.5 小结
• 60/TiO₂/MWCNTs纳米复合材料的制备与光催化性能研究'>第3章 水溶性C₆₀/TiO₂/MWCNTs纳米复合材料的制备与光催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验药品及仪器
• 3.2.2 实验过程
• 3.2.2.1 MWCNTs的纯化
• 60的制备'>3.2.2.2 水溶性C₆₀的制备
• 60/TiO₂/MWCNTs的制备'>3.2.2.3 水溶性C₆₀/TiO₂/MWCNTs的制备
• 3.3 性能测试
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 FETEM分析
• 3.3.3 FTIR分析
• 3.3.4 光催化活性分析
• 3.3.5 UV-Vis PL谱分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 XRD分析
• 3.4.2 FETEM分析
• 3.4.3 FTIR分析
• 3.4.4 光催化活性分析
• 3.4.5 UV-Vis和PL谱分析
• 3.5 小结
• 3/MWCNTs纳米复合材料的制备与光催化性能研究'>第4章 WO₃/MWCNTs纳米复合材料的制备与光催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验药品及仪器
• 4.2.2 实验过程
• 4.2.2.1 MWCNTs的纯化
• 3/MWCNTs纳米复合材料的制备'>4.2.2.2 WO₃/MWCNTs纳米复合材料的制备
• 4.3 性能测试
• 4.3.1 XRD分析
• 4.3.2 FETEM分析
• 4.3.3 TG-DTA分析
• 4.3.4 UV-Vis分析
• 4.3.5 光催化活性分析
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 XRD分析
• 4.4.2 FETEM分析
• 4.4.3 TG-DTA分析
• 4.4.4 UV-Vis分析
• 4.4.5 光催化性能研究
• 4.5 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录1 硕士期间发表的论文和申请的专利
• 附录2 参与的科研项目