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二氧化钛纳米光催化剂的制备及其性能研究

作　者: 马志丽
导　师: 黄桂芳
学　校: 湖南大学
专　业: 物理学
关键词: TiO2纳米粉末 掺杂 卟啉敏化 Ag3PO4半导体 复合材料 光催化
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


工业化进程的加快使得环境污染和能源短缺逐渐成为一个全球性的严重问题。光催化降解污染物是一种有效的解决环境问题的方法。在众多光催化剂中，二氧化钛具有化学性质稳定、高氧化能力、来源丰富、价格低廉和对生物无毒等优越的性能，因而受到了研究者的广泛关注。但是纯净的二氧化钛存在太阳能利用率低和量子效率不高等问题，严重制约了其在实际中的广泛应用。本文研究了离子掺杂，表面敏化和形成复合半导体等对二氧化钛的表面形貌，化学组成，晶体结构和光催化性能的影响。主要结果如下：（1）采用溶胶凝胶法制备的TiO2及其掺杂的纳米粉末均为锐钛矿结构。La掺杂使二氧化钛的晶粒尺寸减小；当La/Ti的摩尔比x=3%时，La掺杂的二氧化钛样品在紫外光区和可见光区的吸收强度和光催化活性达到最大。（2）采用直接水解法制备了TiO2及其掺杂碘的纳米粉末。碘掺杂使二氧化钛的晶粒尺寸减小，带隙缩短；随着退火温度的升高I-TiO2样品的晶粒尺寸增大，晶体结构从板钛矿和锐钛矿相转变为金红石相，光催化活性降低。400℃退火的I-TiO2样品在可见光下的光催化活性高于P25。（3）卟啉敏化不改变TiO2的晶体结构，拓宽其吸收光谱到可见光。敏化后的样品在可见光照射下可以产生更多的光生电子和·OH，有利于提高二氧化钛在可见光下的光催化活性。（4）采用沉淀法成功制备出Ag3PO4和Ag3PO4-TiO2复合纳米材料。Ag3PO4能够吸收低于500nm的可见光，将其与二氧化钛复合，能够显著的提高二氧化钛的光催化活性，这被归因于复合结构能够被可见光激发和载流子的快速分离。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-22
  1.1 引言  9-10
  1.2 纳米材料概述  10-11
  1.3 TiO_2纳米材料国内外研究现状  11-21
    1.3.1 TiO_2的晶体结构  11-12
    1.3.2 TiO_2在实际应用中存在的问题  12-13
    1.3.3 影响TiO_2光催化活性的因素  13-14
    1.3.4 提高TiO_2光催化性能的方法  14-19
    1.3.5 TiO_2纳米粉体的制备方法  19-21
  1.4 课题选择的意义和研究内容  21-22
第2章 掺杂La及表面敏化TiO_2复合体系研究  22-35
  2.1 引言  22
  2.2 实验部分  22-27
    2.2.1 实验所需试剂  22-23
    2.2.2 实验所需仪器  23
    2.2.3 主要的测试仪器  23-24
    2.2.4 样品制备  24-25
    2.2.5 样品表征  25
    2.2.6 光催化降解实验  25-27
  2.3 实验结果分析与讨论  27-33
    2.3.1 形貌和成分的表征与分析  27-28
    2.3.2 X射线衍射分析  28-29
    2.3.3 拉曼光谱分析  29-31
    2.3.4 紫外-可见吸收光谱分析  31
    2.3.5 光催化性能及机理研究  31-33
  2.4 本章小结  33-35
第3章 掺杂I及表面敏化TiO_2复合体系研究  35-44
  3.1 引言  35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 主要的实验材料  35-36
    3.2.2 主要的实验设备  36
    3.2.3 主要的测试仪器  36
    3.2.4 样品制备  36-37
    3.2.5 样品表征  37
    3.2.6 光催化降解实验  37
  3.3 不同退火温度I-TiO_2实验结果及分析  37-42
    3.3.1 表面形貌分析  37-39
    3.3.2 拉曼光谱分析  39-40
    3.3.3 紫外可见吸收光谱研究  40-41
    3.3.4 光催化降解分析  41-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章 Ag_3PO_4-TiO_2纳米复合材料光催化性能研究  44-50
  4.1 引言  44
  4.2 实验部分  44-46
    4.2.1 实验所需试剂  44-45
    4.2.2 实验所需仪器  45
    4.2.3 主要的测试仪器  45
    4.2.4 制备  45-46
    4.2.5 光催化降解实验  46
  4.3 实验结果及分析  46-49
    4.3.1 表面形貌及成分分析  46-47
    4.3.2 紫外可见吸收光谱分析  47
    4.3.3 光催化降解分析  47-48
    4.3.4 Ag_3PO_4-TiO_2纳米粉末光催化机理分析  48-49
  4.4 本章小结  49-50
结论与展望  50-52
参考文献  52-60
附录A 攻读硕士学位期间发表论文  60-61
致谢  61

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