CeO2及其复合氧化物的制备与光催化性能研究

论文摘要

本文对有序介观结构CeO2及复合氧化物的控制合成与性能进行了研究。利用水热法合成出晶型完整的纳米CeO2与介孔CeO2-ZrO2复合氧化物,以及采用溶剂蒸发诱导自组装法一步合成了一系列介孔CeO2-TiO2复合氧化物材料。研究了纳米CeO2和介孔CeO2-ZrO2、CeO2-TiO2复合氧化物材料的光催化性能,并对其合成方法、结构表征作了深入探讨。采用水热合成法制备了纳米CeO2,通过XRD、TEM、FT-IR等测试手段对产物的物相结构、形貌和纳米尺度进行了表征。结果表明制得的纳米CeO2粒子为萤石结构,且分散性较好,分析了热处理温度对CeO2粒子大小的影响。以罗丹明B的光降解为模型反应研究了在紫外光照射下的光催化活性,水热法制备的纳米CeO2粒径小,吸光能力强,光催化活性高。采用水热合成法制备了不同ZrO2引入量的介孔CeO2-ZrO2复合氧化物。研究结果表明,ZrO2的引入有效抑制了光生载流子的复合,保持了CeO2和ZrO2原有的特性,而且使所合成的介孔复合氧化物具有更高的比表面积和热稳定性,同时由于金属离子Zr和Ce离子半径不同,介孔CeO2-ZrO2复合氧化物形成的氧缺位使反应物更容易活化,从而提高了光催化性能。特别是Ce:Zr摩尔比为2:1、水热温度为160℃的介孔CeO2-ZrO2复合氧化物催化剂表现出最好的光催化活性。利用XRD、FT-IR、Raman、XPS、TEM、N2吸附-脱附等测试技术对溶剂蒸发诱导自组装法合成的介孔CeO2-TiO2复合氧化物进行了表征,发现所制备的样品经350℃焙烧后,模板剂被完全去除,而且为有序介孔结构,粒径小,比表面积大。并对不同焙烧温度、及不同Ti/Ce摩尔比的样品进行光催化降解罗丹明B的性能研究,结果表明经500℃焙烧、Ti:Ce:1:0.1的介孔CeO2-TiO2复合氧化物具有最高的光催化活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 介孔材料
• 1.1.1 介孔材料的结构特点及性质
• 1.1.2 介孔材料的合成机理
• 1.1.3 介孔材料组成的扩展
• 1.1.4 介孔材料的制备方法
• 2的国内外研究现状'>1.2 CeO₂的国内外研究现状
• 2的组成和结构'>1.2.1 CeO₂的组成和结构
• 2的制备方法'>1.2.2 CeO₂的制备方法
• 2国内外开发和研究应用的领域'>1.2.3 CeO₂国内外开发和研究应用的领域
• 2光催化反应机理'>1.2.4 CeO₂光催化反应机理
• 2的复合氧化物在催化领域的研究进展'>1.2.5 CeO₂的复合氧化物在催化领域的研究进展
• 1.3 本文研究内容、目的及意义
• 第2章 实验材料、制备过程及表征方法
• 2.1 实验试剂及实验仪器
• 2.1.1 实验试剂及原料
• 2.1.2 实验仪器及设备
• 2及其复合氧化物的制备过程'>2.2 CeO₂及其复合氧化物的制备过程
• 2的制备'>2.2.1 纳米CeO₂的制备
• 2-ZrO₂复合氧化物的制备'>2.2.2 介孔CeO₂-ZrO₂复合氧化物的制备
• 2-TiO₂复合氧化物的制备'>2.2.3 介孔CeO₂-TiO₂复合氧化物的制备
• 2及其复合氧化物的表征方法'>2.3 CeO₂及其复合氧化物的表征方法
• 2.3.1 广角X-射线衍射
• 2.3.2 傅立叶变换红外光谱
• 2.3.3 透射电子显微镜
• 2.3.4 拉曼光谱
• 2.3.5 光电子能谱
• 2.3.6 氮气吸附-脱附分析
• 2.3.7 紫外-可见光谱
• 2及其复合氧化物光催化降解RhB测试'>2.4 CeO₂及其复合氧化物光催化降解RhB测试
• 2.5 本章小结
• 2的表征与光催化性能研究'>第3章 纳米CeO₂的表征与光催化性能研究
• 3.1 引言
• 2的表征'>3.2 纳米CeO₂的表征
• 3.2.1 X-射线衍射（XRD）分析
• 3.2.2 红外光谱（FT-IR）分析
• 3.2.3 透射电镜（TEM）分析
• 2的光催化性能研究'>3.3 纳米CeO₂的光催化性能研究
• 3.4 本章小结
• 2-ZrO₂复合氧化物的表征与光催化性能研究'>第4章 介孔CeO₂-ZrO₂复合氧化物的表征与光催化性能研究
• 4.1 引言
• 2-ZrO₂复合氧化物的表征'>4.2 介孔CeO₂-ZrO₂复合氧化物的表征
• 4.2.1 X-射线衍射（XRD）分析
• 4.2.2 红外光谱（FT-IR）分析
• 4.2.3 拉曼光谱（Raman）分析
• 2吸附-脱附分析'>4.2.4 N₂吸附-脱附分析
• 4.2.5 透射电镜（TEM）分析
• 2-ZrO₂复合氧化物光催化性能研究'>4.3 介孔CeO₂-ZrO₂复合氧化物光催化性能研究
• 4.4 本章小结
• 2-TiO₂复合氧化物的表征与光催化性能研究'>第5章 介孔CeO₂-TiO₂复合氧化物的表征与光催化性能研究
• 5.1 引言
• 2-TiO₂复合氧化物的表征'>5.2 介孔CeO₂-TiO₂复合氧化物的表征
• 5.2.1 X-射线衍射（XRD）分析
• 5.2.2 红外光谱（FT-IR）分析
• 5.2.3 拉曼光谱（Raman）分析
• 5.2.4 X射线光电子能谱（XPS）分析
• 2吸附-脱附分析'>5.2.5 N₂吸附-脱附分析
• 5.2.6 透射电镜（TEM）分析
• 2-TiO₂复合氧化物光催化性能研究'>5.3 介孔CeO₂-TiO₂复合氧化物光催化性能研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢