小尺寸中空二氧化钛纳米材料的制备、掺杂改性及光催化性能研究

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1、分类号：TQ134.1+1单位代码：10183研究生学号：2015432032密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）小尺寸中空二氧化钛纳米材料的制备、掺杂改性及光催化性能研究Preparation,DopingModifiedandPhotocatalyticPerformanceResearchofSmallSizeHollowTiO2Nanomaterials作者姓名：郝翠玉专业：材料学研究方向：纳米材料指导教师：梁继才教授培养单位：材料科学与工程学院2018年5月—————————————————————小

2、尺寸中空二氧化钛纳米材料的制备、掺杂改性及光催化性能研究—————————————————————Preparation,DopingModifiedandPhotocatalyticPerformanceResearchofSmallSizeHollowTiO2Nanomaterials作者姓名：郝翠玉专业名称：材料学指导教师：梁继才教授学位类别：工学硕士答辩日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何犟位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、

3、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明：所呈交学位论文本人郑重声明，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果＾对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：猶玉曰期：年６月彳曰摘要小尺寸中空二氧化钛纳米材料

4、的制备、掺杂改性及光催化性能研究摘要随着人类社会的发展，越来越多的人意识到能源节约和环境保护的重要性。光催化降解技术作为一种绿色、环境修复科技应运而生。光催化技术的核心是光催化剂。在常温常压下，二氧化钛（TiO2）受到一定波长的光照，就可以将有机污染物降解为低毒性的小分子有机物或者二氧化碳和水，因而它被称为理想的光催化剂。中空TiO2纳米材料相较传统TiO2具有更高的比表面积和光电活性。目前，常用的中空TiO2的制备方法是模板法和溶剂热法，这两种方法制得的中空TiO2的球径通常大于100nm，比表面积较小。TiO2还

5、存在很多缺点，例如低的太阳光利用率和高的光生电荷复合率等。这极大地限制了TiO2在实际生产中的应用。本文通过掺杂改性，来提高中空TiO2的光催化性能，主要研究内容如下：（1）以硫酸钛为钛源，利用共沉淀法和水热法相结合，成功制备了小尺寸的中空TiO2纳米材料。制得的中空TiO2的粒径约为10-20nm，壁厚约为2-5nm。与传统制备方法相比，该工艺具有以下优点：减少了模板涂覆和模板去除过程；制得的产物粒径小、比表面积大、成分纯净；制备过程未使用有机物、对环境无污染。最终产物晶型为锐钛矿和青铜矿（TiO22(B)），比表

6、面积约为114m/g。实验中以亚甲基蓝为降解物，探究TiO2在两种光源（紫外光和模拟太阳光）下的光催化性能。（2）通过非金属掺杂，选取三聚氰胺为掺杂剂进行水热阶段掺杂，制备了不同比例氮掺杂的二氧化钛（N-TiO2），以此来探究N掺杂对中空TiO2光催化性能的影响，得到结果如下：在两种光源下，N掺杂均提高了样品的光催化性能且均在N:Ti的摩尔比为1:1时达到最大的降解率；紫外光下的降解率（98.57%）比纯TiO2提高了27.55%，模拟太阳光下的降解率（98.54%）比纯TiO2提高了13.67%。通过XRD、SEM

7、、TEM、EDS、N2吸脱附、UV-vis等表征测试，对N掺杂提高TiO2光催化性能的原因进行了分析。（3）通过金属掺杂，分别选取典型的过渡族金属-钴和稀土金属-铈，以硝酸钴和硝酸铈为掺杂剂，采用不同掺杂方法（共沉淀阶段掺杂和水热阶段掺杂），制备了不同比例钴掺杂的二氧化钛（Co-TiO2）和不同比例铈掺杂的二氧化钛I吉林大学硕士学位论文（Ce-TiO2），以此来研究钴或铈掺杂对中空TiO2光催化性能的影响，实验结果表明，水热阶段掺杂优于共沉淀阶段掺杂。在紫外光下：0.5%Co-TiO2具有最大的降解率（82.44%）

8、，比纯TiO2提高了11.42%；1%Ce-TiO2具有最大的降解率（95.20%），比纯TiO2提高了24.18%。在模拟太阳光下：钴离子掺杂降低了样品的光催化活性；0.5%Ce-TiO2具有最大的降解率（98.81%），比纯TiO2提高了13.94%。通过XRD、SEM、TEM、EDS、N2吸脱附、UV-vis等表征测试，分析了产物光催化性