【摘要】：以太陽能化學(xué)轉(zhuǎn)換和儲存為主要背景的半導(dǎo)體光催化特性的研究始于1917年，1972年Fujishima和Honda在Nature雜志上發(fā)表了TiO_2電極光分解水的科研成果，標(biāo)志著光催化新時代的開始。之后，來自化學(xué)、物理、材料等領(lǐng)域的學(xué)者圍繞太陽能的轉(zhuǎn)化和儲存，探索多相光催化過程的原理，致力于提高光催化效率，并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。至今，光催化已經(jīng)滲透到材料、能源、環(huán)保、醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生和分析檢測等多個領(lǐng)域，成為當(dāng)今科學(xué)研究中的一大熱點。 但直到目前，納米二氧化鈦光催化機(jī)理還不十分清晰，納米氧化物光催化性能的評估標(biāo)準(zhǔn)也有待于建立。本論文制備了納米二氧化鈦薄膜和粉體材料，在研究其光催化機(jī)理的基礎(chǔ)上，拓展了其在污水處理和分析檢測中的應(yīng)用。全文共分五個部分： Ⅰ緒論(第一章) 本章分為納米材料、納米二氧化鈦材料的結(jié)構(gòu)與性能、納米二氧化鈦材料光催化機(jī)理的研究和納米二氧化鈦材料光催化的應(yīng)用四個部分。簡要綜述了納米材料的特性，在此基礎(chǔ)上著重綜述了納米二氧化鈦的微觀結(jié)構(gòu)與其紫外屏蔽性能、光催化性能、隨角異色效應(yīng)和超表面雙親性等重要特性；詳細(xì)綜述了納米材料光催化過程的原理、影響因素及提高光催化活性的可行性生手段；對納米二氧化鈦材料光催化技術(shù)在有機(jī)物降解、無機(jī)物處理，殺滅微生物、分析測試中的應(yīng)用也進(jìn)行了詳細(xì)綜述。 Ⅱ TiO_2薄膜與粉體材料的制備與表征(第二章) 本章分別采用溶膠-凝膠法、陰極電沉積法和納米粉體材料直接涂布法制備了三種納米TiO_2薄膜。實驗結(jié)果表明，溶膠-凝膠法和陰極電沉積法都具有儀器簡單，操作便易，成膜穩(wěn)定，晶型易控制且都具有較好的光透性能等特點，其中，溶膠-凝膠法可以制備較厚的膜，因而具有更寬的適用范圍。但因兩者薄膜所含納米材料較少，表面積有限，光催化速度受到很大限制。納米粉體材料直接涂布法則彌補(bǔ)了此方面的不足，通過PC-08丙醋膠乳將納米材料低溫粘附于球形分子篩表面，具有較高的穩(wěn)定度并保持了原有納米材料的晶型結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出較高的光催化活性，適用于污水處理。 Ⅲ 納米二氧化鈦光催化機(jī)理的研究(第三～五章) 第三章建立并改進(jìn)了納米TiO_2粉體材料光催化體系，開展了光催化過程中氧化性中間體協(xié)同作用的研究。本章用分光光度法和高效液相色譜——電化學(xué)檢測方法(HPLC-ED)考察了該體系中甲基橙的降解、Ⅰ~-的氧化和水楊酸的羥基化過程。實驗結(jié) 山2004屆博士學(xué)位論文 中文摘要 果表明納米TIO:光催化過程是光生空穴與輕基自由基等強(qiáng)氧化性中間體協(xié)同作用的結(jié) 果。 量子效率是表征光催化反應(yīng)的一項重要參數(shù)，但是對于引發(fā)光催化反應(yīng)的氧化性中 間體是光生空穴抑或是輕基自由基一直存在爭議。在第四章中首次引入了有效氧化性中 間體及其量子效率(中。x)這一概念，用以評價光催化反應(yīng)的效果。有效氧化性中間體 包括經(jīng)基自由基和直接參與有機(jī)物氧化降解的光生空穴。本文采用電化學(xué)方法，以葡萄 糖作為氧化性物質(zhì)捕捉劑，研究了光催化過程中產(chǎn)生的光生電流，并求得了有效氧化性 中間體的量子效率。研究結(jié)果表明，少ox受外加電壓、葡萄糖濃度和溶液pH的影響， 據(jù)此對實驗條件進(jìn)行了優(yōu)化。 第五章用電化學(xué)方法對Tio:的禁帶寬度進(jìn)行了測定。工作中以可見一紫外分光光度 計光源(氖燈)為激發(fā)源，用CHI660A電化學(xué)工作站記錄不同波長照射時光生電流變 化情況，考察了激發(fā)電子躍遷的臨界波長，并據(jù)此計算了納米TIO:的禁帶寬度，方法 具有儀器簡單，測試速度快等優(yōu)點。 第六章利用水熱法制備了Cu(II)摻雜的納米TioZ，并用x射線衍射分析儀(x盼)和 掃描電鏡(SEM)對其進(jìn)行了表征。將該材料固定于球形分子篩表面作為催化劑，在流動 式圓筒反應(yīng)器中對羅丹明6G(R一6G)和印染污水進(jìn)行處理，表現(xiàn)出優(yōu)良的光催化性能，說 明Cu(n)摻雜是提高納米Tio:紫外光催化性能的一種有效途徑。 第七章將三電極恒電位電化學(xué)體系應(yīng)用于TIO:光催化系統(tǒng)，建立了電化學(xué)輔助光催化 系統(tǒng)，在光催化體系中以環(huán)境友好的方式產(chǎn)生強(qiáng)氧化劑HZOZ，提高了單純TIO:光催化體系 的光催化性能。該系統(tǒng)在含有機(jī)物污水降解處理過程中表現(xiàn)出很高的光催化活性。處理0.5h 后，嗅鄰苯三酚紅(B rom叩yrogallol Red，BPR)的最大吸收峰降低了90%以上，染料廢水的 COD舊OD，比值由2.1下降到1 .2，提高了其生物可降解能力。表明本工作建立的電化學(xué)輔 助光催化系統(tǒng)可以經(jīng)濟(jì)有效地改善納米氧化物的光催化過程，是處理難生物降解污水的一種 可行性方案。 第八章建立了一套納米氧化物粉體材料評估裝置。該裝置以llw紫外燈為激發(fā)光源， 選擇甲基橙為降解底物，對納米粉體的光催化性能表現(xiàn)出良好的區(qū)分能力。實驗發(fā)現(xiàn)甲基 橙在該體系中的降解為一級反應(yīng)過程，通過測定一定反應(yīng)時間后的吸光度值A(chǔ)T，可以簡便、 快速評價納米材料光催化活性。本方法具有操作簡便、成本低、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，不僅可 以方便的研究納米氧化物粉體材料光催化降解有機(jī)污染物的最佳反應(yīng)條件，也為建立納米 山2004屆博士學(xué)位論文 中文摘要 氧化物材料光催化性能評估方法和評估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了有益嘗試，在納米氧化物材料研制、生 產(chǎn)、使用
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號】：X703;X832

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