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钛基高性能光催化材料的设计，制备与表征

作　者: 马雪彦
导　师: 杨化桂
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 钛基光催化剂全固态Z体系能带匹配理论液相沉积光催化反应
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

作为紫外光响应的宽禁带半导体,钛基半导体光催化剂通常有着足够负的导带和足够正的价带使光催化氧化还原反应更有效地进行。催化剂量子效率低是阻碍其催化活性大幅度提高的主要原因。影响光催化效率的因素包括：半导体自身的结晶度,尺寸,缺陷,能带结构。另外,不同晶面原子排布的不同,导致其电子结构的不同和催化活性具有差异性。本文旨在设计制备具有更高的光催化活性的钛基无机光催化剂。基于晶体生长理论,采用更绿色的水热法制备出具有高活性{001}晶面的锐钛型TiO2,基于能带匹配理论,晶格匹配理论和晶体生长理论,设计制备多元复合异质结体系纳米结Cu-Cu2O-TiO2和SrTiO3-WO3-Ru/Rh,使催化剂的电子空穴实现空间上的分离,改善电子空穴分离效率提高光催化性能。具有高活性{001}面的锐钛型氧化钛采用新的水热合成方法制备。在合成反应中,EDTA和F作为共同的形貌控制剂。氧化钛的高活性{001}晶面通过扫描电镜(SEM)透射电镜(TEM)和XRD得到表征和证明,表面元素的价态和含量通过X-射线光电子能谱(XPS)得到表征。全固态三元钛基Z体系纳米结Cu-Cu2O-TiO2采用温和的化学过程制备。用XRD/TEM/FESEM/XPS/Raman光谱彻底研究了材料的结构和组成。由于电子空穴传输方式的优化,所制备的固态Z体系Cu-Cu2O-TiO2内米结展示出更优的光催化性能。全固态钛基Z体系异质结SrTiO3-WO3-Ru/Rh采用三步法合成。材料的结晶度,相组成,形貌利用XRD/FESEM得到表征。材料的光吸收特性使用UV-vis吸收谱表征。材料的光催化性能采用光催化分解水制氢测试表征。该工作表明,材料的电子传输路径和异质结结构对材料光催化性能的有着明显的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 研究背景  11
  1.2 半导体材料光催化反应的原理与过程  11-12
  1.3 光催化反应的影响因素  12-14
    1.3.1 波长、光强和禁带宽度的影响  12-13
    1.3.2 结晶度、缺陷、晶界和晶面的影响  13-14
    1.3.3 材料表面性能的影响  14
    1.3.4 温度的影响  14
  1.4 无机半导体光催化材料的研究进展  14-22
    1.4.1 构成光催化材料的元素  14-15
    1.4.2 单相光催化材料的研究进展  15-18
    1.4.3 复合光催化材料的研究进展  18-22
  1.6 本论文的研究目的,意义和主要内容  22-24
第2章材料的制备、表征和性能测试  24-26
  2.1 材料制备  24
  2.2 材料的形貌与晶相表征  24
  2.3 材料的光谱性能表征  24
  2.4 材料光催化性能测试  24-26
    2.4.1 光催化降解有机物性能测试  24-25
    2.4.2 光催化水分解制氢性能测试  25-26
第3章暴露{001}面的锐钛型氧化钛颗粒的制备  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 材料制备  26-27
    3.2.1 原料  26
    3.2.2 材料制备  26-27
  3.3 实验结果与讨论  27-32
    3.3.1 TiO_2颗粒的形貌与晶相分析  27-29
    3.3.2 TiO_2颗粒{001}晶面的形成机理  29-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章全固态Z体系Cu-Cu_2O-TiO_2光催化剂的设计与制备  33-47
  4.1 引言  33
  4.2 样品制备  33-34
    4.2.1 原料  33
    4.2.2 材料制备  33-34
  4.3 实验结果与讨论  34-46
    4.3.1 Cu-Cu_2O-TiO_2纳米结的形成过程与结构分析  34-38
    4.3.2 Cu-Cu_2O-TiO_2纳米结的光谱分析  38-40
    4.3.3 Cu-Cu_2O-TiO_2纳米结的光催化性能与电子空穴传输方式分析  40-43
    4.3.4 材料的晶相分析  43-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章 Z体系SrTiO_3-WO_3-Ru/Rh光催化剂的设计与制备  47-58
  5.1 引言  47-48
  5.2 实验原料与材料制备制备  48
    5.2.1 原料  48
    5.2.2 材料制备  48
    5.2.3 催化剂负载  48
  5.3 实验结果与讨论  48-57
    5.3.1 初始材料SrTiO_3小方块的形成  48-49
    5.3.2 SrTiO_3-WO_3(HT)异质结的结构分析  49-51
    5.3.3 SrTiO_3-WO_3(LPD)异质结的结构分析  51-53
    5.3.4 SrTiO_3-WO_3(LPD、HT)异质结的晶相与光谱分析  53-55
    5.3.5 材料的光催化制氢性能及其影响因素  55-57
  5.4 本章小结  57-58
第6章全文总结  58-59
参考文献  59-69
致谢  69-70
攻读硕士期间论文情况  70

钛基高性能光催化材料的设计，制备与表征

内容摘要

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