tio2基纳米材料的制备、结构与其催化性能的研究

《tio2基纳米材料的制备、结构与其催化性能的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、darkness.TheexperimentcomparesthephotocatalystsofmonoclineTiO2(B)andanataseTiO2instationaryMOsolutionbothinabsenceandpresenceofH2O2underHglamp,theresultshaveshownthatthepresenceofH2O2obviouslyimprovedtheactivityofTiO2catalyst(thedegradationratio99%)andacceleratedthedecompositionofMO,andH2O2mu

2、stbenecessarytoachievehighMOdecompositionespeciallyforTiO2(B).Atthesametime,wefoundthatTiO2(B)exhibitedexcellentrepetitive-useperformance;degradationreactionfollowedthefirstorderkinetics;thebetterstabilitycatalystwasconducivetostrongpracticalapplicationsvalueandCuttingdowncostsofwastewatertre

3、atmentwithrepeateduse.Therefore,theuniquecatalyticpropertiesofnano-TiO2/H2O2haveopenedupanewdirectionforconventionalcatalyticresearch,withacertaindegreeofacademicvaluesandapplicationprospects.Postgraduate:JunQin(AppliedChemistry)DirectedbyProf.YubaoZhaoKeywords:TiO2(B)nanotubes;PeroxideHydrot

4、hermaltreatment;Methylorange;darknessdegradation;DFT;ElectronicStructure;opticalproperties;First-Principles5第1章引言随着工业生产的迅速发展，环境污染以及能源短缺问题严重威胁着人类社会的生存和发展。目前，我国的环境污染问题最严重之一是以有机物污染为特点的地表水污染。主要污染物是化工、石化、造纸、食品、制革、纺织等企业排放的高浓度有机废水和大量未经处理的城市生活污水。因此，寻求高效降解有机污染废水的方法成为国内外科研工作者研究的热点。1972年日本学者Fujishima和Ho

5、nda[1]发现TiO2单晶电极可在光照条件下分解水，由此揭开了光催化反应的序幕，同时也吸引了来自化学、物理、材料、环境、能源等[2-6]领域科学家的兴趣。由于半导体光催化剂对很多生物难降解的有机物表现出较强的降解能力，可将对环境有害的物质降解为H2O和CO2，因而受到广泛关注[7-11]。在众多的半导体催化剂中，TiO2以活性高、稳定、无毒和价廉被认为是最佳的光催化剂而得到了广泛的研究[12]。本章先从TiO2的基本特性入手，揭示其在光催化领域备受瞩目的内在原因；进而综述TiO2的制备及其在水处理反应中的应用研究；最后，在对前人工作分析的基础上，提出本论文的研究思路。1.1二氧

6、化钛的结构与物化性质材料的结构决定着材料的性质，因而从结构角度分析TiO2物理化学的性质在实验研究和理论研究上都有十分重要的意义。纳米TiO2是一种性能优越的宽带隙n型半导体材料。通常情况下，二氧化钛有三种晶型：锐钛矿(anatase)、板钛矿(brookite)、金红石(rutile)，其中金红石相是热力学稳定的晶相，而锐钛矿相和板钛矿相都是TiO2的低温相，是亚稳定的，它们经过高温热处理后都转变为金红石相。这三种晶体结构的共同点是，其组成结构的基本单元是TiO6八面体，组成结构的区别是由TiO6八面体通过共用顶点还是共边组成骨架：锐钛矿结构是由TiO6八面体共边组成(实际上可

7、以看做是一种四面体结构)，而金红石和板钛矿结构则是由TiO6八面体共顶点且共边组成(晶格稍有畸变的八面体结构)。板钛矿结构的TiO2属正交晶系；锐钛矿和金红石结构的TiO2都属于正方晶系，但二者晶格常数及晶胞中的分子数均不相6同，它们的晶相结构如图1.1。锐钛矿相的晶格参数c/a>1，具有显著的光催化和光电活性；金红石相的晶格参数c/a<1，具有良好的光学活性[13]。这些结构的差异导致它们密度、电子结构包括禁带宽度以及催化活性均有所不同。1980年Marchand等[14]合成