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Bi、N共掺杂TiO2的制备及性能的研究

作　者: 王维安
导　师: 王玉萍
学　校: 南京师范大学
专　业: 环境科学
关键词: 氧化铋复合 氮掺杂 共掺杂 溶剂热法 光电催化
分类号: O614.411
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文以硝酸铋为铋源,采用溶剂热法制备了铋掺杂Ti02催化剂(BT),研究了合成温度、掺杂量和煅烧温度对催化剂结构和性能的影响,并利用X射线衍射技术、紫外-可见光漫反射、场发射扫描以及X射线光电子能谱等对样品进行了表征,以亚甲蓝为目标物,考察了催化剂的光催化活性。结果表明：当Bi与Ti摩尔比在0.02以下时,催化剂中主要是锐钛矿型的Ti02,随着Bi加入量的增加,BT样品中出现钛酸铋化合物,形成Ti-O-Bi键,出现了规则的圆球形结构。Bi与Ti摩尔比为0.1,合成温度为383K,煅烧温度为773K时,粒径最小为2.9nm,在250W金卤灯模拟太阳光照射下3h降解20mg/L亚甲蓝的效果达到62%。以尿素为氮源,采用溶剂热法制备了氮掺杂Ti02催化剂(NT),研究了H20加入量对催化剂结构和性能的影响。结果表明：不同H20加入量的NT样品的晶型结构和禁带宽度变化不大,通过溶剂热法制备NT样品,催化剂的表面形貌的变化很大,形成了长条形结构,加H20量为1.0mL的NT样品在250W金卤灯模拟太阳光照射下3h降解20mg/L亚甲蓝的效果达到56.6%。以硝酸铋为铋源,尿素为氮源,采用溶剂热法制备了铋、氮共掺杂Ti02催化剂(BNT),研究了氮掺杂量对催化结构和性能的影响,并利用X射线衍射技术、紫外-可见光漫反射、场发射扫描以及X射线光电子能谱等对样品进行了表征,并与铋、氮单掺杂的Ti02催化剂进行比较,结果如下：与BT样品相比,N的加入使BNT样品的结晶度变好,样品的禁带宽度降低,与NT样品相比,金属Bi掺杂后,N原子的含量从0.55%上升到0.66%。N与Ti摩尔比为0.3时,在250W金卤灯模拟太阳光照射下3h,亚甲蓝的去除效率为93.86%。将所制备的BNT催化剂经浸渍-提拉-煅烧负载在碳棒上,制备成BNT膜电极,研究了该催化剂的光电催化性能。结果表明：单层负载时,催化剂在电极表面呈孔状结构,经过3次负载,催化剂与电极表面的碳结合,出现了斑块状结构。随着膜层数的增加,光电流变大。当外加电压为3V,在250W金卤灯模拟太阳光照射下2h,亚甲蓝去除率达到92.54%。BNT电极可以重复使用。

全文目录


摘要  3-4Abstract  4-6目录  6-9第1章 绪论  9-20  1.1 TiO_2光催化研究背景及进展  9  1.2 光催化机理研究  9-11  1.3 光催化活性的影响因素  11-13    1.3.1 催化剂自身的影响  11-12    1.3.2 环境因素的影响  12-13  1.4 TiO_2光催化性能的改性  13-15    1.4.1 贵金属沉积  13    1.4.2 表面光敏化  13-14    1.4.3 半导体复合  14    1.4.4 离子掺杂  14-15  1.5 TiO_2的共掺杂改性  15-17    1.5.1 金属离子共掺杂  15-16    1.5.2 非金属离子共掺杂  16    1.5.3 金属离子与非金属离子共掺杂  16-17  1.6 光电催化技术  17-18    1.6.1 概述  17    1.6.2 光电催化原理  17-18    1.6.3 影响光电催化的因素  18  1.7 本课题的研究思路与研究内容  18-20第2章 Bi掺杂催化剂的制备及性能的研究  20-35  2.1 引言  20  2.2 实验部分  20-22    2.2.1 实验仪器及药品  20-21    2.2.2 催化剂的制备  21    2.2.3 光催化剂的表征  21-22  2.3 实验结果与讨论  22-33    2.3.1 XRD分析  22-25    2.3.2 UV-Vis分析  25-27    2.3.3 FE-SEM分析  27-28    2.3.4 XPS分析  28-31    2.3.5 催化剂的光催化活性  31-33  2.4 本章小结  33-35第3章 N掺杂催化剂性能的制备及性能的研究  35-46  3.1 引言  35  3.2 实验部分  35-37    3.2.1 实验仪器及药品  35    3.2.2 催化剂的制备  35-36    3.2.3 光催化剂的表征  36-37  3.3 实验结果与讨论  37-45    3.3.1 XRD分析  37-38    3.3.2 UV-Vis分析  38-39    3.3.3 FE-SEM分析  39-40    3.3.4 TEM分析  40-41    3.3.5 XPS分析  41-44    3.3.6 催化剂的光催化活性  44-45  3.4 本章小结  45-46第4章 Bi-N共掺杂催化剂的制备及性能的研究  46-61  4.1 引言  46  4.2 实验部分  46-48    4.2.1 实验仪器及药品  46    4.2.2 催化剂的制备  46-47    4.2.3 光催化剂的表征  47-48  4.3 实验结果与讨论  48-60    4.3.1 XRD分析  48-50    4.3.2 UV-Vis分析  50-52    4.3.3 FE-SEM分析  52-53    4.3.4 TEM分析  53-54    4.3.5 XPS分析  54-57    4.3.6 催化剂的光催化活性  57-60  4.4 本章小结  60-61第5章 Bi-N掺杂催化剂光电性能的研究  61-69  5.1 引言  61  5.2 实验部分  61-63    5.2.1 实验仪器及药品  61-62    5.2.2 催化剂的制备  62    5.2.3 光催化剂的表征  62-63  5.3 实验结果与讨论  63-68    5.3.1 SEM分析  63-65    5.3.2 循环伏安电流分析  65-66    5.3.3 催化剂的光催化活性  66-68  5.4 本章小结  68-69第6章 结论  69-71  6.1 结论  69-70  6.2 创新点  70  6.3 存在问题和建议  70-71参考文献  71-81硕士期间发表论文  81-82致谢  82

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅳ族金属元素及其化合物 > 钛副族（ⅣB族金属元素） > 钛Ti
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