过渡金属掺杂二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能研究

论文摘要

因为水资源污染问题日益严重，废水的降解处理技术逐渐得到了人们的广泛关注。半导体光催化技术应运而生。它廉价，而且是环境友好的技术，应用前景十分诱人。半导体光催化剂众多，二氧化钛因为其具有较好的光催化性能、稳定性高、无毒，从而倍受人们的亲睐。但是，它带隙能宽，需要能量大，主要吸收紫外光，对太阳光的利用率较低；而且粉体的比表面积小，不宜回收。本文针对TiO2光催化剂存在的缺点开展研究，制备出了Zn2+、V5+掺杂TiO2纳米粉体和纳米管以及CdS半导体复合TiO2纳米管，研究了它们的光催化性质。主要研究内容如下：1.以金属硝酸盐和钛酸四丁酯为原料，采用溶胶—凝胶法制备出了Zn2+、V5+掺杂的TiO2粉体，采用XRD、UV-vis、SEM等技术对催化剂进行了分析、表征，以罗丹明B为目标降解物，对其光催化活性进行了评价。结果表明Zn2+、V5+的掺入促进了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变，增强了TiO2对紫外光的吸收能力，拓宽了光谱吸收范围，提高了TiO2对太阳光的利用效率。2.以Co2+、V5+掺杂TiO2粉体为前驱物，采用水热法制备Co2+、V5+掺杂Na2Ti3O7纳米管，研究了水热时间和水热温度对样品形貌的影响。采用XRD、TEM、SEM、UV-vis等技术对催化剂进行了分析、表征。以罗丹明B为目标降解物，对其光催化活性进行了评价。研究结果表明，通过对Na2Ti3O7纳米管进行Co2+、V5+等金属掺杂，可以明显提高Na2Ti3O7纳米管紫外和可见光下条件下的光催化性能。3.用离子交换法制备CdS复合的Fe3+、V5+掺杂TiO2纳米管。采用XRD、SEM、TEM、UV-vis等手段对催化剂进行分析、表征，以罗丹明B为目标降解物，对光催化活性进行了评价。结果表明，将半导体CdS与TiO2进行复合，可以明显拓宽催化剂的光谱吸收范围，显著提高TiO2纳米管在可见光条件下的光催化性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料的特性
• 1.1.1 小尺寸效应
• 1.1.2 表面效应
• 1.1.3 量子尺寸效应
• 1.1.4 宏观量子隧道效应
• 1.1.5 介电限域效应
• 1.2 纳米材料的四种基本类型
• 2光催化剂的应用研究进展'>1.3 纳米 TiO₂光催化剂的应用研究进展
• 1.3.1 光催化降解水
• 1.3.2 分解水中的有机物
• 1.3.3 处理金属离子
• 1.3.4 废气净化
• 1.3.5 抗菌除臭
• 1.3.6 太阳能电池
• 2光催化的基本原理'>1.4 TiO₂光催化的基本原理
• 2的晶型结构'>1.4.1 TiO₂的晶型结构
• 2的能带结构'>1.4.2 TiO₂的能带结构
• 1.4.3 影响光催化活性的因素
• 2的几种常见制备方法'>1.5. 纳米 TiO₂的几种常见制备方法
• 1.5.1. 气相法
• 1.5.2. 液相法
• 1.5.3. 固相法
• 2光催化活性的方法及原理'>1.6 提高 TiO₂光催化活性的方法及原理
• 1.6.1 过渡金属离子掺杂
• 1.6.2 非金属元素掺杂
• 1.6.3 贵金属沉积
• 1.6.4 半导体复合
• 1.6.5 表面光敏化
• 1.6.6 减小颗粒大小
• 2纳米管技术的研究进展'>1.7 TiO₂纳米管技术的研究进展
• 1.7.1 模板法
• 1.7.2 阳极氧化法
• 1.7.3 水热法
• 1.8 本文研究的目的意义及创新点
• 2+、V⁵⁺掺杂 TiO₂纳米粉体的制备及光催化性能研究'>第二章 Zn²⁺、V⁵⁺掺杂 TiO₂纳米粉体的制备及光催化性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要仪器与设备
• 2.2.2 主要药品与规格
• 2.2.3 样品的制备
• 2.2.4 样品的表征
• 2.2.5 光催化剂活性的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 样品的 XRD 分析
• 2.3.2 样品的形貌分析
• 2.3.3 样品的 UV-Vis 分析
• 2.3.4 催化剂的光催化活性研究
• 2.4 本章小结
• 2+、V⁵⁺掺杂 Na₂Ti₃O₇纳米管的制备及其光催化性能研究'>第三章 Co²⁺、V⁵⁺掺杂 Na₂Ti₃O₇纳米管的制备及其光催化性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要仪器与设备
• 3.2.2 主要药品与规格
• 3.2.3 样品的制备
• 3.2.4 样品的表征
• 3.2.5 光催化剂活性的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 样品的 XRD 分析
• 3.3.2 纳米管的形成过程研究
• 3.3.3 样品的 UV-Vis 分析
• 3.3.4 催化剂的光催化活性研究
• 3.4 本章小结
• 3+、V⁵⁺掺杂 TiO₂纳米管的制备及其光催化性能研究'>第四章 CdS 复合 Fe³⁺、V⁵⁺掺杂 TiO₂纳米管的制备及其光催化性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要仪器与设备
• 4.2.2 主要药品与规格
• 4.2.3 样品的制备
• 4.2.4 样品的表征
• 4.2.5 光催化剂活性的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 样品的 XRD 分析
• 4.3.2 样品的形貌分析
• 4.3.3 样品的 UV-Vis 分析
• 4.3.4 催化剂的光催化活性研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间完成的论文