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TiO_2的掺掺与光催化性能研究

作　者: 倪昀
导　师: 唐超群
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 纳米二氧化钛溶胶凝胶法掺杂可见光光催化降解
分类号: O614.411
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

传统的二氧化钛具备长期的稳定性和无毒害性,成为光催化材料的研究热点。但是由于二氧化钛的吸收边小于380nm,因此只能在紫外光的照射下发生光催化作用,却无法充分利用廉价的太阳能,这就增加了使用成本,影响了它的应用推广。近年来,理论和实验研究发现,对TiO₂进行某些元素的掺杂,可以明显的增强其在可见光区域的吸收效果,因此极大地提高了使用太阳光进行光催化反应的效率,使其成为光催化反应的理想材料,并得到了广泛的关注。本文利用溶胶-凝胶法制备了一系列掺杂的纳米TiO₂薄膜及粉体样品,研究了各样品的相关性质,重点测量了样品对可见光的吸收特性。主要选择的掺杂元素为非金属N元素和金属V元素,分别进行了纯TiO₂粉体和薄膜的制备,氮掺杂TiO₂粉体与薄膜的制备,钒掺杂TiO₂薄膜的制备,氮钒共掺杂TiO₂薄膜的制备。测试的仪器主要有激光粒度分析仪、X射线衍射仪（XRD）和紫外-可见分光光度计等。通过对各样品的测试研究其表征,我们发现氮掺杂样品和钒掺杂样品都能增强TiO₂在可见光区的吸收效果,氮、钒的最佳掺杂浓度分别为3%和1%,最佳煅烧温度为400℃。但所有样品中可见光吸收效率最高、红移最明显的是氮钒共掺杂的TiO₂样品,此样品在400℃下煅烧2h而制成,氮掺杂浓度为3%,钒掺杂浓度为1%。自制可见光污水降解系统,以多孔泡沫镍网为催化剂载体,我们选择了两种光催化剂来进行对比实验,研究其光催化分解效率。一种是氮掺杂浓度为3%的掺氮TiO₂,另一种为氮掺杂浓度为3%,钒掺杂浓度为1%的氮钒共掺杂TiO₂。使用溶胶浸泡提拉法将两种光催化剂镀制到泡沫镍网上,400℃煅烧2h制得光催化剂。在可见光下催化降解甲基橙,结果表明:氮掺杂TiO₂光催化剂和氮钒共掺杂TiO₂光催化剂在可见光照射下都能成功催化降解甲基橙溶液,但氮钒共掺杂TiO₂的光催化降解效率明显大于氮掺杂TiO₂的降解效率。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究背景  9
  1.2 Ti0_2 多相光催化氧化原理  9-12
  1.3 增强Ti0_2 多相光催化氧化活性和光催化效率的途径  12-14
  1.4 本课题的选题思想和主要内容  14-16
2 氮掺杂纳米Ti0_2 的制备与性能研究  16-35
  2.1 氮掺杂Ti0_2 的相关制备方法  16-19
  2.2 氮掺杂Ti0_2 的制备  19-25
  2.3 氮掺杂Ti0_2 的相关性能研究  25-34
  2.4 本章小结  34-35
3 钒掺杂纳米Ti0_2 与钒、氮共掺杂Ti0_2  35-48
  3.1 钒掺杂纳米Ti0_2 薄膜的制备与光吸收特性研究  35-41
  3.2 氮、钒共掺杂Ti0_2 薄膜的制备与光吸收性能研究  41-47
  3.3 本章小结  47-48
4 掺杂Ti0_2 的光催化性能研究  48-58
  4.1 光催化装置  48-49
  4.2 催化剂载体的选择与制备  49-53
  4.3 在可见光下催化降解甲基橙溶液  53-57
  4.4 本章小结  57-58
5 论文结论  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-65

TiO_2的掺掺与光催化性能研究

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