本文選題：二氧化鈦 + 固定化光催化劑　； 參考：《華南理工大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：納米二氧化鈦(Ti O2)是最為重要的一種光催化劑,被廣泛應(yīng)用于環(huán)境治理、光解水制氫、太陽(yáng)能電池、傳感器等方面。近年來(lái)關(guān)于構(gòu)建特殊結(jié)構(gòu)和形貌的Ti O2納米材料的研究與日俱增,特別是在光催化環(huán)境治理的應(yīng)用中為了便于分離和回收使用的需要,固定化Ti O2復(fù)合材料(結(jié)構(gòu)化催化劑)的研究越來(lái)越具有吸引力,受到國(guó)內(nèi)外研究者的關(guān)注。本文以金屬鈦片為鈦源和基底,采用水熱法和陽(yáng)極氧化法在鈦基表面制備了特殊結(jié)構(gòu)的Ti O2納米帶、Ti O2納米管和Ti O2納米棒等固定化的一維材料;采用貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合和Ti3+自摻雜改性等方法制備了具有可見(jiàn)光催化活性的復(fù)合光催化劑;利用FE-SEM、XRD、TEM、XPS、UV-Vis/DRS等手段對(duì)復(fù)合催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征,并詳細(xì)地研究了它們的光電性能及光催化性能。具體內(nèi)容如下(1)采用改進(jìn)的堿溶熱法在金屬Ti片表面制備了固定化的Ti O2納米帶,然后采用浸漬沉淀法制備了Ag I/Ti O2納米帶復(fù)合光催化劑。Ti O2納米帶寬度為幾十至一百納米,長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十微米,帶與帶之間縱橫交錯(cuò),形成了孔隙率很高的卷曲狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);Ti O2納米帶表面的納米Ag I顆粒負(fù)載的數(shù)量和分散程度可以通過(guò)浸漬次數(shù)來(lái)控制。在最佳浸漬次數(shù)為3次條件下,直徑為5~8nm的Ag I顆粒均勻地負(fù)載在Ti O2的納米帶上,其復(fù)合催化劑不僅保持了紫外區(qū)域的光吸收,而且吸收邊緣拓寬至可見(jiàn)光區(qū)(約450nm)。在可見(jiàn)光照射下,Ag I/Ti O2納米帶復(fù)合催化劑光電流密度是純Ti O2納米帶的6倍;在100分鐘內(nèi),可見(jiàn)光催化AO-II脫色率可達(dá)86%,催化劑經(jīng)過(guò)四次重復(fù)使用后,光催化降解效率仍達(dá)70%,表現(xiàn)了良好的可見(jiàn)光的活性及重復(fù)使用性能。光催機(jī)理研究表明,該催化體系中?O2-為主要活性物種;Ag I和Ti O2的能帶位置相匹配,形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)使光生電子能有效分離并發(fā)生轉(zhuǎn)移,提高了可見(jiàn)光催化活性,同時(shí)抑制了Ag I的光分解,提高了穩(wěn)定性。(2)以鈦片為鈦源和基底,在含F(xiàn)-的甘油體系的電解液中通過(guò)25V直流電壓陽(yáng)極氧化氧化2h,制備固定化的銳鈦礦Ti O2納米管,然后采用低溫多元醇還原法制備了Ag/Ti O2納米管等離子體復(fù)合催化劑。制備的納米管高度有序,直徑可以達(dá)到100納米,壁厚約10 nm;Ag顆粒平均粒徑為8 nm,均勻分散于Ti O2納米管的管內(nèi)和管外。分析表明,Ag/Ti O2納米管復(fù)合物光譜的吸收邊緣發(fā)生了紅移,在410 nm出現(xiàn)一個(gè)局部等離子共振的寬峰,導(dǎo)致可見(jiàn)光電流是純Ti O2納米管15倍以上;EIS證實(shí)了該復(fù)合物表面電子遷移率得到提高,促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)有效分離并發(fā)生轉(zhuǎn)移。在可見(jiàn)光下降解AO-II結(jié)果表明,Ag/Ti O2納米管2 h內(nèi)光催化效率達(dá)到40%,是純Ti O2納米管的6.7倍;在0.2 V偏壓下其光電催化效率提高到60%。(3)以鈦片為鈦源采用陽(yáng)極氧化法制備固定化的銳鈦礦Ti O2納米管,然后以Ti O2納米管作載體和反應(yīng)物,在不使用任何模板的情況下,采用水熱法成功制備出Bi2Ti2O7/Ti O2納米管復(fù)合光催化劑。電鏡分析表明,所負(fù)載的Bi2Ti2O7為八面體結(jié)構(gòu),平均粒徑為200 nm左右,部分地嵌入到Ti O2納米管內(nèi),其數(shù)量可以通過(guò)前驅(qū)體的濃度控制。采用XRD和XPS確對(duì)其物相和化學(xué)價(jià)態(tài)進(jìn)行了確證;光譜分析表明復(fù)合催化劑提高了可見(jiàn)光區(qū)域的光吸收,促進(jìn)了光生電子和空穴的有效分離。在可見(jiàn)光照射下,Bi2Ti2O7/Ti O2-2復(fù)合材料光電流最大,達(dá)到9.2μA/cm2,是純Ti O2的6.5倍;可見(jiàn)光下5h,降解AO-II的效率達(dá)到60%;該催化劑四次重復(fù)使用后,光降解效率仍然達(dá)到52%,表明Bi2Ti2O7/Ti O2納米管復(fù)合催化劑具有良好的可見(jiàn)光活性及重復(fù)使用性能。(4)在HCl濃度為0.5M,反應(yīng)溫度為220℃,反應(yīng)時(shí)間為12 h的最優(yōu)條件下,在鈦片上采用一步水熱法制備了金紅石Ti3+自摻雜Ti O2納米棒。所制備的Ti O2納米棒寬度變化范圍是約50-250 nm左右,長(zhǎng)度約為600 nm。經(jīng)過(guò)不同氣氛(Ar、Air、H2)的熱處理,其結(jié)果是:氫氣處理得到樣品的光電流密度最大,其原因是氫氣處理產(chǎn)生了更多的Ti3+提高了光電性能;氬氣處理的要比空氣處理大,產(chǎn)生這種差異的原因可能是一步水熱法樣品本身含Ti3+,氬氣熱處理的鞏固了這種Ti3+,而空氣熱處理使Ti3+轉(zhuǎn)化為T(mén)i4+。通過(guò)設(shè)計(jì)N2H4還原,進(jìn)一步提高了Ti3+/Ti O2納米棒光電催化性能。
[Abstract]:In this paper , the structure and morphology of TiO 2 nano - band , Ti 2O 2 nanotubes and Ti O 2 nanorods with special structure have been studied by means of hydrothermal method and anodic oxidation method . The photocatalytic degradation efficiency of TiO 2 nano - band is up to 70 % . An Ag / Ti O2 nanotube plasma composite catalyst was prepared by oxidation and oxidation of Ag / Ti O2 nanotubes by 25 V DC voltage anodization for 2 hours . The results showed that the photocatalytic efficiency of Ag / Ti O2 nanotube composite was over 15 times . The results showed that the photocatalytic efficiency of Ag / Ti O2 nanotubes was 40 % , which was 6.7 times that of pure Ti O2 nanotubes . The photocatalytic efficiency of Ag / Ti O2 nanotubes was improved to 60 % under the bias of 0.2 V . ( 3 ) The immobilized anatase Ti 2O 2 nanotubes were prepared by anodic oxidation with Ti sheet as a titanium source , and then Ti 2O 2 nanotubes were used as carriers and reactants . ( 4 ) The Ti3 + self - doped Ti3 + self - doped Ti O 2 nanorods were prepared by a one - step hydrothermal method at the HCl concentration of 0.5M , reaction temperature of 220 鈩，

本文編號(hào)：1744450