可见光响应型tiolt2gt光催化材料的制备与表征

《可见光响应型tiolt2gt光催化材料的制备与表征》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、上海交通大学博士学位论文摘要二氧化钛光催化剂用途很广。它能够把多种有机污染物光催化降解为H20和C02把溶液中的重金属离子还原为无毒的金属；把水分解为H2和02以获取氢能：应用于太阳能电池把太阳能有效转换为电能等。但它的大禁带宽度不能有效利用太阳能，严重地阻碍其推广应用。因此研究开发对可见光响应的二氧化钛就成为当前光催化剂研究中的关键课题。本研究通过半导体复合和氮掺杂工艺对Ti02进行改性，结合DRS、XRD、BET、FT-IR、Raman等实验手段，研究了粉体催化剂的结构与催化性能之间的关系，制备

2、了具有可见光催化性能的纳米Ti02光催化剂，并且对它们的微观催化机理进行了探讨。1．采用溶胶．凝胶法制备了ZnFe204／Ti02复合半导体，研究了ZnFe204含量和热处理温度对催化剂结构和性能的影响。研究表明，与纯Ti02相比，ZnFe20以i02复合半导体的吸收光谱发生红移，且随着ZnFe204含量的增加，红移程度增大。ZnFe204／Ti02复合半导体能够吸收700rim以下的可见光。此外，铁酸锌能够有效阻止二氧化钛从锐钛矿向金红石相的转变。ZnFe20dTi02光催化剂在可见光下具有光催化

3、活性，且随ZnFe204含量的增大，可见光催化性能先增大后降低，但都高于纯Ti02的光催化性能，并在ZnFe204含量为1．5wt．％时可见光催化性能最好。随着热处理温度的升高，催化剂颗粒尺寸长大，ZrLFe204／Ti02的吸收边向可见光方向红移；但热处理温度的升高同时造成催化剂比表面积的减小，且改变了催化剂表面的0电位，导致甲基橙溶液在催化剂表面的吸附减弱，所以可见光光催化性能反而下降。1．5％ZnFe20刀i02在400℃下热处理2hrs后得到的样品可见光光催化性能最好，比表面积达96m2／g

4、，最可几孔径为4．2nm，对10mg／l的甲基橙溶液，催化剂浓度为59／l时，在入>400nm的可见光下照射3小时后降解率达93％。2．采用氨气氮化工艺制备了氮掺杂的二氧化钛，研究了氮化温度对光催化性能的影响。研究表明，在Ti02中加入5％的Si02就能够有效阻止Ti02在NH3中热处理时可能发生的锐钛矿向金红石相的转变，并阻止Ti02晶粒长大，在700℃的氨气中氮化处理后的5％Si02／Ti02样品，N元素含量为0．28w％，能够吸收650nm以下的可见光，比表面积为129m2／g(远远高于Asa

5、hi等报道的67m2儋)，最可几孔径为2．5nm，全为锐钛矿型Ti02，表现出较强的可见光光催化性能。对10mg／l的甲基橙溶液，催化剂浓度为59／l时，在入>400nm的可见光下照射3小时后降解率达62％。上海交通大学博士学位论文摘要3．分别采用溶胶．凝胶和高能球磨工艺，通过尿素对Ti02进行改性，制备具有可见光催化性能的催化剂。溶胶．凝胶工艺中，加入的尿素含量的多少影响Ti02颗粒的形状，尿素含量为2％时，Ti02成针状，这是由于溶液中尿素分子与Ti4+发生配位作用，而尿素中氨基NH2带负电荷，

6、阻止了配位方向上钛酸丁酯的水解和缩聚速率，从而阻止了该方向上Ti02的生长速率，而与配位方向垂直的方向上，Ti02则表现为优先生长。经尿素改性的Ti02的吸收光谱发生红移，且随着尿素含量的增加红移程度增大，样品能够吸收550nm以下的可见光。此外，溶胶中加入适量的尿素，不仅能够有效分散Ti02颗粒，增大Ti02的比表面积，而且能够阻止Ti02从锐钛矿向金红石相的转变。尿素含量为10％时，样品中N元素含量为0．24w％，Ti02颗粒的平均直径为15nm，比表面积达到最大(64m2／g)，最可几孔径为5

7、．8nm，全为锐钛矿相Ti02。对10mg／l的甲基橙溶液，催化剂浓度为59／l时，在入>400nm的可见光下照射3小时后降解率达87％。高能球磨工艺能够使Ti02颗粒逐步细化，使得Ti02和尿素在原子尺度进行互相渗入和扩散，从而有利于氮进入Ti02晶格。在球磨过程中没有出现Ti02从锐钛矿向金红石相的转变，这是由于向Ti02中加入的少量Si02能够有效阻止Ti02在高能球磨过程中可能发生的相变。对于由5％Si02／ri02得到的球磨样品，经400℃热处理后的球磨样品为锐钛矿相，N元素含量为O．27

8、、^，％，比表面积高达142m2／g，最可几孔径为3．3nm。高能球磨工艺制备的样品能够吸收600nm以下的可见光，在入>400nm的可见光下照射3hrs后，10mg／llj勺甲基橙溶液几乎全部降解。4．采用线性缀加平面波(LAPW)方法对Ti02半导体进行了第一性原理研究，通过将N掺杂Ti02与纯Ti02的能带结构和光学性能进行比较，从理论上揭示了N掺杂Ti02具有可见光催化活性的机理。锐钛矿Ti02为间接带隙半导体，理论禁带宽度为2．2eV，比目前文献报道的2．0