硅氟共摻雜二氧化鈦基復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、在過(guò)去幾十年中，光催化技術(shù)在解決環(huán)境污染方面引起了廣泛的關(guān)注。二氧化鈦(TiO2)一直被認(rèn)為是最有效的金屬氧化物半導(dǎo)體光催化劑，但其禁帶寬度較大(3.2 eV)，只能利用太陽(yáng)光中約4％的紫外光。在可見(jiàn)光區(qū)域，由于TiO2的光吸收能力差，很難在能源和環(huán)境等方面得到更好地應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)新型的TiO2使其在可見(jiàn)光下具有優(yōu)異的光催化性能具有極其重要的意義。本文旨在通過(guò)制備共摻雜TiO2并對(duì)其進(jìn)行修飾和復(fù)合，來(lái)增強(qiáng)TiO2在可見(jiàn)光區(qū)域的光吸收能

2、力，從而提高其光催化活性。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用兩步合成法制備Si-F共摻雜TiO2納米顆粒。通過(guò)控制Si摻雜量和體系pH值改變TiO2納米顆粒的形貌和尺寸，并考察Si-F共摻雜TiO2在紫外光和可見(jiàn)光下對(duì)有機(jī)污染物的光降解能力。結(jié)果表明，當(dāng)Si與Ti的摩爾比為10%且實(shí)驗(yàn)體系pH為12時(shí)樣品表現(xiàn)出最高光催化活性。自由基捕捉劑實(shí)驗(yàn)表明了羥基自由基在光催化反應(yīng)中起主要作用，而超氧負(fù)離子和空穴起輔助作用。研究證實(shí)Si和F共摻

3、雜引起的協(xié)同效應(yīng)大大增強(qiáng)了Si-F共摻雜TiO2的光催化活性。⑵采用浸漬+煅燒法和光還原反應(yīng)法制備 Ag負(fù)載Si-F-TiO2納米顆粒，并探討不同 Ag負(fù)載量對(duì)樣品形貌，尺寸和光催化性能的影響。結(jié)果表明，Ag負(fù)載Si-F-TiO2納米顆粒在可見(jiàn)光下的光催化活性比Si-F共摻雜TiO2高。采用光還原反應(yīng)法制備出來(lái)的樣品具有更高的光催化活性，且當(dāng)Ag負(fù)載量為5wt.%時(shí)，樣品的光催化活性最強(qiáng)。通過(guò)自由基捕捉劑實(shí)驗(yàn)證實(shí)了在光催化過(guò)程中超氧負(fù)離

4、子和空穴起主要作用。Ag顆粒的負(fù)載使樣品表面發(fā)生等離子體共振，從而增強(qiáng)了Ag負(fù)載Si-F-TiO2的光催化活性。⑶采用簡(jiǎn)單的水熱合成法制備Si-F-TiO2/BiOBr異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。研究不同Ti/Bi原子摩爾比對(duì)樣品形貌，尺寸和光催化性能的影響。結(jié)果表明，Si-F-TiO2/BiOBr異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料在可見(jiàn)光下的光催化活性比 Si-F-TiO2和純BiOBr都高，并且當(dāng)Ti/Bi原子摩爾比為10:1時(shí)，樣品的吸附性能和光催化性能最好，自