銳鈦礦相TiO2的修飾、晶面調(diào)控和光催化性能研究.pdf

1、目前，光催化領(lǐng)域中銳鈦礦相(anatase)二氧化鈦(TiO2)是最為普遍和效率較高的半導(dǎo)體光催化劑。因其具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)和光電性能，倍受各國科研工作者的關(guān)注。然而，銳鈦礦相TiO2光催化效率受限于光生電子與空穴的高復(fù)合率和較大的帶隙能(3.2eV)，只能被紫外光(λ<380nm)激發(fā)。因此，開發(fā)具有高量子效率和良好的可見光響應(yīng)的TiO2光催化劑仍是一項迫切而重要的研究使命。
　　在本論文中，通過晶面調(diào)控、過渡金屬摻雜與半導(dǎo)

2、體復(fù)合等途徑促進(jìn)TiO2光生電子-空穴的分離和拓寬其光響應(yīng)范圍。借助X射線粉末衍射儀(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電鏡(TEM)、紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)、X射線光電子能譜(XPS)、熒光光譜(PL)和光電化學(xué)等手段，對催化劑的晶相結(jié)構(gòu)、形貌、光吸收性能、表面化學(xué)狀態(tài)、光生載流子的分離效率等進(jìn)行了研究分析，本論文主要包括以下三個部分:
　　1、具有高活性(001)面的銳鈦礦TiO2微球的

3、合成及其光催化性能的研究。在酸性條件下以四氟化鈦為前驅(qū)體通過簡單的水熱法制得不同形貌的(001)面暴露率不同的銳鈦礦TiO2晶體。同時探究了不同F(xiàn):Ti摩爾比、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對TiO2形貌和(001)面暴露率的影響，并在此基礎(chǔ)上探討了其生長機理。對不同F(xiàn)與Ti摩爾比(RF)條件下得到的TiO2的光催化降解酸性紅染料的效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明RF=4時樣品的光催化活性最高，即(001)面的暴露率越高，樣品的光催化活性越好。
　　

4、2、具有高活性(001)晶面的Cr摻雜TiO2(Cr-TiO2-(001))微球的制備及其光催化性能研究。在酸性條件下以四氟化鈦為前驅(qū)體，九水合硝酸鉻(Cr(NO3)3?9H2O)為Cr源，采用一步水熱法合成具有較高(001)晶面裸露率的銳鈦礦相Cr-TiO2-(001)微球，摻雜量為0.5％-5%。結(jié)果表明，Cr3+離子進(jìn)入TiO2晶格，在TiO2禁帶中引入摻雜能級，形成了Cr3＋→Ti4＋電荷轉(zhuǎn)移躍遷，將 TiO2的光響應(yīng)范圍拓寬到

5、了可見光區(qū)。少量的鉻離子摻入晶格有利于形成規(guī)整平滑的高活性(001)晶面。在可見光(λ≥420nm)照射下，以降解酸性紅染料為探針反應(yīng)來探究Cr-TiO2-(001)微球的光催化活性，研究表明，當(dāng)Cr的摻雜量為2%時光催化活性最高，且具有(001)晶面的Cr-TiO2-(001)微球的催化效率明顯優(yōu)于普通的Cr-TiO2顆粒。
　　3、CdS負(fù)載具有高活性(001)晶面的TiO2(CdS/TiO2-(001))微球的制備及其光分解

6、水制氫活性研究。首先通過簡單地水熱處理TiF4-HCl-H2O的混合溶液制備出具有裸露(001)晶面的TiO2微球，再利用化學(xué)浴沉積法將CdS納米顆粒負(fù)載在TiO2微球表面。所得樣品的性能通過在可見光(λ≥420nm)照射下，以乳酸作為犧牲劑的光分解水制氫活性來評價。結(jié)果表明純的TiO2微球不具有可見光分解水制氫的活性。經(jīng)過CdS納米顆粒的沉積處理后，樣品在可見光照射下的光分解水制氫活性得到顯著提高。CdS/TiO2-(001)微球的可