TiO2纳米光催化剂的改性研究

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1、硕士学位论文Ｔｉ０２鈉米光傕化剎的故性研光杨柳指导教师：周芸教授专业名称：光电材料化学研究方向：Ｔｉ０２光催化二〇一八年六月独创性声明木人声明所Ｍ交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宂成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明。学位论文作者签名：签字日期年＾曰７学位论文版权使用授权书本学位

2、论文作者完全了解重庆师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人桴权重庆师范太学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：签字曰期月曰６７重庆师范大学硕士学位论文TiO2纳米光催化剂的改性研究硕士研究生：杨柳指导教师：周芸教授学科专业：光电材料化学所在学院：化学学院重庆师范大学2018年6月AThesisSubmittedtoChongqingNormalUniv

3、ersityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterStudyonModificationofTiO2nano-photocatalystCandidate：LiuYangSupervisor：YunZhouProfessorMajor：OptoelectronicMaterialsChemistryCollege：CollegeofChemistryChongqingNormalUniversityJune，2018重庆师范大学硕士学位论文中文摘要TiO2纳米光催化剂

4、的改性研究摘要纳米级的TiO2光催化剂有着光催化活性高、反应选择性低、造价低廉、无毒无害等优点，是研究最为广泛的过渡金属半导体光催化材料之一。然而，就TiO2光催化剂而言，有几个致命缺点制约着光催化技术的大规模商业化和工业化应用。首先TiO2禁带宽度较大(锐钛矿型：3.2eV，387nm；金红石型：3.0eV，411nm)，仅能吸收利用太阳光中含量为3%~5%的、波长不大于387nm的紫外光；再者TiO2的量子效率低(不到5%)，同时在处理工业废气和废水时，TiO2纳米粒子很难固定和回收，尤而且还很容易失活。为了将TiO2催化剂的光响应范围拓

5、宽到可见光区和抑制光催化过程中光生电子-空穴对的复合、提高量子效率，本论文主要做了如下三个方面的工作：1.运用原子层沉积(ALD,atomiclayerdeposition)技术制备了TiO2量子点/石墨烯复合材料(TiO2QDs/G)，其催化活性达到商业P25TiO2的2倍，同时，通过在TiO2和石墨烯之间添加Al2O3ALD绝缘层验证了界面电荷转移机理。当石墨烯表面被超薄TiO2ALD薄膜均匀覆盖时，来自紫外线的高能量光子将电子从价带激发到锐钛矿TiO2的导带，由于石墨烯的二维π-共轭结构，该电子可以从锐钛矿TiO2导带转移到石墨烯片上。

6、同时，石墨烯具有优异的电子传导性，可以快速转移和分离电荷，抑制光生电子-空穴对的复合，从而提高了TiO2量子点/石墨烯复合材料光催化效果。2.利用ALD技术将二茂镍接枝在P25表面并用水合肼进行部分还原，得到表面具有Ni-O活性位点的TiO2光催化剂。通过ALD技术在TiO2表面形成的NiO活性物种可以极大地影响与之相邻的TiO6正八面体的局域电子结构，从而在TiO2表面形成一个“p型区”。p型的NiO与n型的TiO2可以在两者的界面形成内建电场，由于光照下TiO2产生的光生电子要远远多于Ni-O活性物种所产生的电子，一部分电子就可以通过内建

7、电场的Ni-O-Ti结传递到Ni-O活性物种上，有效地抑制了光生空穴-电子对的复合，从而促进了光生载流子的定向转移，使TiO2的光催化活性得到提高。3.利用溶胶凝胶法制备了Ni掺杂与Ni、N共掺的TiO2纳米光催化剂。紫外光下，适宜浓度的Ni掺杂在TiO2带隙的中间部位形成了Ni的杂质能级(impurityenergylevels,IELs)，杂质能级可以降低电子跃迁所需的能量，使价带中的电子很I重庆师范大学硕士学位论文中文摘要容易就被激发导激发到IELs进而传递到导带上，从而提高了TiO2紫外光下的光催化活性；而掺N会在O2p价带下方产生键

8、合态，在TiO2能带底部产生反键合态，形成部分占据的、几乎不与TiO2的能级相互作用的杂质能级，使得TiO2的光催化活性反而下降；Ni、N共掺杂能够产生非常集中的杂