论文摘要
当前工业生产和现代化生活造成的能源和环保问题逐渐引起政府和民众的高度重视,科研人员正在对相关的技术全力开展研究。其中,可以利用太阳光降解有机物的半导体催化剂,因其在能源和环保方面的重要性,在过去几年中成为研究的热点。半导体催化剂中的二氧化钛因为其较高的光催化活性、良好的化学稳定性和热稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒、方便易得等特点,成为当前最具有开发前景的绿色环保催化剂之一。 研究人员已能够通过各种方法制备出二氧化钛粉体和薄膜,并采用掺杂、复合等手段拓展其光线利用范围,提高其光催化效率。目前TiO2的湿化学制备方法中,普遍使用抑止水解的手段使前驱体不完全水解,生成有机中间产物,所以都需要高温处理,促使有机中间产物转化为无机物,并获得具有光催化性能的锐钛矿晶型;但高温处理限制了二氧化钛的应用,无法用于难以加热或不耐高温的领域。另外,通过掺杂、复合等手段改性后的TiO2对光线利用范围仍然较窄,只能拓展到部分可见光,影响对太阳光的充分利用;载流子的量子产率也较低,限制了光催化效果的发挥。 本文在低温下以溶胶-凝胶法制备含有锐钛矿晶体、具有宽光谱激发能力的TiO2溶胶,并对其结构和性能进行了深入分析。主要工作包括以下几个方面: 1、锐钛矿溶胶的低温制备研究 通过配方设计和工艺控制,探索出一种溶胶-凝胶法低温制备锐钛矿溶胶的新体系和新工艺。设计出钛酸丁酯、水、无水乙醇、盐酸（摩尔比1:185-200:10-16:0.1-0.3）的新体系和相应的工艺控制,调控前驱体的水解过程,使钛酸丁酯充分水解,生成的无机产物在液相中原位自生长,形成锐钛矿晶体,在低温下（30-70℃）合成了具备光催化活性和宽光谱激发能力的锐钛矿溶胶,从而避免了常见研究中的高温热处理。 2、锐钛矿溶胶制备的控制因素研究 通过研究配方和工艺上各因素对溶胶制备、结构和性能的影响,获得了锐钛矿溶胶制备、结构和性能的控制规律。研究发现,溶胶中的锐钛矿晶体以“聚集-长成”规律原位生长而成,具有非标准的[TiO6]八面体结构。水的用量和滴加
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目录中文摘要Abstract前言第一章 文献综述1.1 二氧化钛的制备1.1.1 溶胶凝胶法1.1.2 水（溶剂）热法1.1.3 沉淀（积）法1.1.4 高温水（热）解法1.2 二氧化钛的改性1.2.1 金属阳离子掺杂1.2.2 非金属阴离子掺杂1.2.3 半导体化合物复合1.2.4 贵金属沉积改性1.2.5 染料敏化复合1.3 二氧化钛的应用1.3.1 国外应用情况1.3.2 国内应用情况1.4 发展趋势1.5 课题及立题依据1.5.1 课题的提出1.5.2 研究的内容参考文献第二章 实验方案2.1 总体方案2.2 制备工艺2.3 方案分解2.3.1 配方影响：2.3.1.1 水量影响2.3.1.2 酸量影响2.3.2 工艺影响：2.3.2.1 制备过程2.3.2.2 陈化过程2.4 测试表征2.4.1 核磁共振2.4.2 X射线吸收精细结构2.4.3 X射线衍射2.4.4 Zeta电位2.4.5 粒度分析2.4.6 UV／vis2.4.7 TEM2.4.8 SEM2.4.9 性能表征2.4.9.1 溶胶的光催化性能测试2.4.9.2 薄膜的光催化性能测试参考文献第三章 锐钛矿溶胶的低温制备及表征3.1 溶胶样品的制备3.1.1 样品制备3.1.2 表征项目3.2 溶胶的结构表征3.2.1 NMR测试分析3.2.2 XRD测试分析3.2.3 XAFS测试分析3.2.4 TEM测试分析3.2.5 UV／vis测试分析3.2.6 SEM测试分析3.3 溶胶的光催化性3.4 薄膜的光催化性3.5 溶胶的应用展望3.6 本章小结参考文献第四章 锐钛矿溶胶制备的配方影响研究4.1 水量影响4.1.1 样品准备4.1.2 结果分析4.1.2.1 实验现象4.1.2.2 XRD测试分析4.1.2.3 TEM测试分析4.1.2.4 光催化性4.2 酸量影响4.2.1 样品制备4.2.2 结果分析4.3 本章小结参考文献第五章 锐钛矿溶胶制备的工艺影响研究5.1 滴加顺序5.2 制备温度5.2.1 样品制备5.2.2 结果分析5.2.2.1 实验现象5.2.2.2 TEM测试分析5.2.2.3 UV／vis测试分析5.2.2.4 光催化性能5.3 陈化时间5.3.1 样品准备5.3.2 结果分析5.3.2.1 XAFS测试分析5.3.2.2 Zeta测试分析5.3.2.3 TEM测试分析5.3.2.4 光催化性能5.4 本章小结参考文献第六章 锐钛矿溶胶的光催化特性6.1 溶胶光催化6.2 无需热处理6.3 宽光谱激发响应6.3.1 样品准备6.3.2 表征项目6.3.3 结果分析6.4 被催化物6.4.1 罗丹明B6.4.2 能力判据6.5 机理探讨6.5.1 量子效应6.5.2 晶体缺陷6.5.3 总体分析6.5.4 各波段分析6.5.4.1 紫外波段6.5.4.2 可见波段6.5.4.3 近红外波段6.6 太阳能的利用6.6.1 太阳光谱6.6.2 室内光谱6.7 本章小结参考文献第七章 锐钛矿溶胶的光催化反应过程研究7.1 不同溶胶浓度7.1.1 V1：V2=1：37.1.1.1 UV／vis结果分析7.1.1.2 分解率变化7.1.1.3 分段拟和7.1.1.4 整体拟和7.1.2 V1：V2=1：4、1：6、1：127.1.2.1 V1：V2=1：47.1.2.2 V1：V2=1：67.1.2.3 V1：V2=1：127.1.3 溶胶浓度影响总体分析7.2 不同溶液体积7.2.1 溶液总体积=80ml7.2.2 溶液总体积=40ml7.2.3 溶液体积影响总体分析7.3 结构角度分析7.3.1 原始溶胶TEM测试分析7.3.2 溶胶稀释五倍后TEM测试分析7.3.3 溶胶稀释十倍后TEM测试分析7.4 薄膜的光催化动力学7.5 本章小结参考文献第八章 锐钛矿溶胶的成膜特性8.1 成膜过程分析8.1.1 溶胶成膜的岛屿模型8.1.2 锐钛矿晶体的变形模型8.2 成膜方式的影响8.2.1 涂抹成膜8.2.2 流延成膜8.2.3 刮涂成膜8.3 不同基材的影响8.3.1 铜台（Cu／Zn合金）8.3.2 氧化铝片（Al2O3）8.3.3 载玻片（玻璃）8.3.4 聚碳酸酯板（PC）8.4 稀释程度的影响8.4.1 原始溶胶成膜后SEM测试分析8.4.2 溶胶稀释九倍后成膜SEM分析8.5 本章小结参考文献第九章 锐钛矿溶胶的应用分析及后续课题9.1 与国外产品的对比9.1.1 溶胶状态9.1.2 XRD分析9.1.3 粒度分析9.1.4 性能分析9.1.5 测试报告9.2 供后续研究的课题9.2.1 已有研究拓展9.2.2 溶胶的改性研究9.2.3 成膜工艺方法9.2.4 粉体制备研究9.2.5 复合应用开发9.2.6 污水处理研究9.2.7 环境和谐问题9.3 本章小结参考文献第十章 全文总结附录Ⅰ 攻读博士学位期间发表的论文附录Ⅱ 攻读博士学位期间申报的专利致谢
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