晶面异质结二氧化钦纳米材料的制备改性及光催化性能研究

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1、分类号：TQ426学校代码：10697密级：公开学号：201531527专业学位硕士论文SPECIALIZEDMASTER’SDISSERTATION晶面异质结二氧化钛纳米材料的制备改性及光催化性能研究学科名称：化学工程专业学位类型：工程硕士作者：朱碟碟指导老师:马晓迅教授王晨副教授王宏高工西北大学学位评定委员会二○一八年Preparation,ModificationandPhotocatalyticactivityofTiO2withSurfaceHeterojunctionAthesissubmittedtoNorthwestUniversit

2、yinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinChemicalEngineeringByDieDieZhuSupervisor:XiaoxunMaProfessorChenWangAssociateProfessorHongWangSeniorEngineerJune2018摘要随着光催化领域的崛起和壮大，推动着半导体TiO2研究的不断深入，关于TiO2结构的研究进展也日新月异。其中八面体或十面体锐钛矿型TiO2优良的催化性能得到了大家的青睐。这种结构主要由{001}面、{10

3、1}面与{010}面等晶面组成，具有很好的电子-空穴分离效果。然而，这类结构依然属于宽禁带的TiO2，并不具备可见光下的响应特性。因此，我们综合各类有利于TiO2光催化活性的因素，以这种优越的结构形貌为基础，合成出具有Ti3+自掺杂的晶面异质结TiO2。同时，借助载体TiO2的结构特点对其进行了金属、金属氧化物的负载改性，从而实现单晶TiO2纳米材料的可见光化。另外，我们也通过所合成催化剂对亚甲基蓝的降解实验比较分析了影响这类催化剂催化性能的种种因素，为这类催化剂的发展及应用进行了有益的探索。本论文主要从以下几方面进行研究：一、具有Ti3+自掺杂的晶

4、面异质结TiO2纳米晶和TiO2分级球采用钛粉作为钛源，HF作为形貌控制剂，利用水热反应得到深蓝色的三维十面体和分级球结构的TiO2纳米材料。以降解亚甲基蓝（MB）为光催化活性的评价反应，结果显示：两种结构的TiO2具有可见光光催化活性，这主要归结于制备的TiO2存在氧空位结构缺陷和具有3d1电子构型的Ti3+，在其禁带内引入新的局域能带，从而拓展了光响应范围。二、贵金属（Ag、Au、Pt、Cu）修饰TiO2纳米晶所合成TiO2纳米晶{101}面暴露率较高，贵金属粒子也更易出现在{101}面，从而改善电子-空穴的分离效果。通过真空光还原法对所合成Ti

5、O2进行改性，研究了贵金属粒子的负载量对催化剂活性的影响，同时也比较了同一负载量下，不同金属对催化活性的影响。三、金属氧化物（CuO、PbO2、Fe2O3）复合TiO2分级球TiO2分级球具有独特的结构和高{001}面暴露率，通过金属氧化物负载而获得复合型半导体。这种自身晶面异质结与外部晶相异质结构成的多重异质结结构极大的提高了载流子的分离效果，随后的光降解实验也证实了这一点。关键词：TiO2，异质结，分级结构，自掺杂，改性IIIABSTRACTWiththeriseandgrowthofthephotocatalyticfield,theresea

6、rchonsemiconductor-TiO2isbeingpromoted.TheresearchprogressonTiO2structureisalsochanging.TheexcellentcatalyticperformanceofoctahedralordecahedralanataseTiO2hasbeenfavoredbyeveryone.Thisstructureismainlycomposedof{001}facets,{101}facets,and{010}facets,andhasagoodelectron-holesepa

7、rationeffect.However,thiskindofstructurestillbelongstowideband-gapTiO2anddoesnothavetheresponsecharacteristicsundervisiblelight.Therefore,weanalyzevariousfactorsthatarebeneficialtothephotocatalyticactivityofTiO2.Basedonthissuperiorstructuralmorphology,wehavesynthesizedthecrysta

8、lheterojunctionTiO2withTi3+self-doped.Atthesametime,wi