具有可见光催化活性的二氧化钛系列催化剂的制备、表征及其光催化性能

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1、学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：—』匕鸶二一一学位论文使用授权声明本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。

2、有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。学位论文作者签名：宅焉．日期：导师签名：／丁涩峒日期：21星：￡：[9!丝±i业丝!i：兰!：垡!!坐=熊L羔!立丝兰第一章绪论1．1引言近年来，随着现代工业和科技的飞速发展，造就了一种新型材料一纳米材料的诞生。纳米材料自产生以来，以惊人的速度发展并已广泛应用到各个领域中，取得了巨大的社会和经济价值，纳米材料已经成为材料界乃至整个科学界的研究热点之一。许多科学家预言：“纳米材料将是下一次工业革命的核心，从而开创纳米时代"【41。纳米材料一般是由1～100姗间

3、的粒子组成，它介于宏观物质和微观原子、分子交界的过渡区域，是一种典型的介观体系。当小粒子尺寸进入纳米量级时，其本身具有了小尺寸效应、量子效应、表面效应和宏观量子隧道效应等【5】。由于颗粒尺度的超微细化，使得纳米材料表现出与传统材料不同的特殊性质，从而在机械性能、磁、光、电、热等方面与传统材料有很大的不同。它具有了辐射、吸收、催化、吸附等特性，这些特性决定了其在化工、医药、冶金、电子、航空、核能等领域有着巨大的潜在应用价值【61。1．2半导体材料目前，人们己制造了各种各样的纳米材料，例如：纳米金属材料、纳米半导体材料、纳米氧化物

4、材料、纳米陶瓷材料等。半导体光催化材料在光照射下，能够被光子激活，实现电子或空穴的分离和迁移，并在其表面上发生很强的氧化(或)还原作用。自80年代末以来，人们开始将光催化应用于环境污染控制领域，该技术能有效地破坏许多结构稳定的难降解的生物污染物，与传统水处理技术相比，具有明显的节能、高效、污染物降解彻底等优点【7】。光催化技术易操作，无二次污染，它已成为一种重要应用前景的环境治理方法，引起了国内外研究人员的普遍重视。至今人们已对各种类型的半导体光催化反应进行了广泛地研究，取得了一定的成就。1．3光催化剂光催化在环境保护与治理上

5、的应用研究开始于20世纪70年代后期。Fank和Bard关于水中氰化物在Ti02上的光分解研究‘81以及Carey等关于多氯联苯在Ti02紫外光I．1．!墨§型』丝厶：兰：业!型ⅢL上主!!!监苤下的降解研究【9】’为光催化的迅速发展起到了极大的推动作用。到了80年代特别是90年代，光催化的研究已相当活跃[胁12】。如今，光催化己发展成一门新兴的化学交叉学科。广泛而深入的研究已经证明：许多半导体材料具有光催化作用；光催化作用的机理也被深入的理解；发现了数百种主要的有机或无机污染物都可用光催化氧化的方法分解；在土壤、水质和大气的

6、污染治理等方面展现出十分光明的应用前景。光催化是由于光照使半导体发生激发，导带和价带分别产生光生电子和光生空穴，随后光生空穴在电场的作用下迁移到粒子表面的不同位置。热力学理论表明，分布在表面的光生空穴具有很强的得电子能力，可以将催化剂表面吸附的OH。和H20分子氧化成·OH自由基。·OH自由基的氧化能力是水体存在的氧化剂中最强的，能无选择性地氧化大多数的有机污染物及部分无机污染物，并将其最终降解为C02等简单的无机物小分子。在整个光催化反应中，·OH自由基起到决定性作用【13】。目前用做光催化反应的半导体主要为n型半导体，如T

7、i02【14】、Zn0【15】、CdS【16】等。其中Ti02具有无毒、活性高、价廉等特点，使用最为广泛。Maeda等人【171在2007年发表了一篇关于新型非氧化物光催化剂的报道，这类催化剂用于在可见光下分解水。文章重点介绍了最新的研究进展，在发展可见光响应的光催化剂方面，更侧重于非氧化型光催化剂的开发，例如氧氮化物和氧硫化物。最新的研究发现，具有do和dm构型的会属离子，由于它们独特的电子构型和结构，由这些离子组成的光催化剂具有较好的可见光催化活性。'≥釜

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