M(Ca,Sr,Ba)TiO3的合成、CaTiO3的摻雜改性及光催化性能研究.pdf

1、由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的催化性能，鈣鈦礦型催化劑可以在保持晶體結(jié)構(gòu)不變的前提下，對(duì)其進(jìn)行摻雜改性來提高其催化性能，因此，對(duì)鈣鈦礦型復(fù)合氧化物進(jìn)行改性增強(qiáng)其光催化性能已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。本論文選用能隙值較大的鈦酸鈣作為光催化劑，致力于通過控制形貌以及對(duì)其進(jìn)行離子摻雜改性來減小帶寬提高其催化性能，探索了制備性能優(yōu)越的催化劑的最佳實(shí)驗(yàn)條件以及光反應(yīng)過程中的各個(gè)影響因素對(duì)性能的影響。利用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、熱分析(

2、TG-DSC)、紫外可見漫反射光譜(DRS)、紫外可見分光光度儀和電化學(xué)工作站等手段對(duì)所制備的材料的形貌、結(jié)構(gòu)、光電化學(xué)性能及催化性能進(jìn)行了表征和檢測(cè)。主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用共沉淀法合成了CaTiO3、SrTiO3和BaTiO3三種催化劑，對(duì)三種催化劑光催化降解甲基橙的性能進(jìn)行了比較，結(jié)果表明:在模擬太陽光的照射下，CaTiO3具有最好的催化性能。本實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探討了合成性能最好的CaTiO3的最佳煅燒溫度和煅燒時(shí)間，并對(duì)所合

3、成的CaTiO3的電化學(xué)性能和抑制光腐蝕性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在700℃下煅燒5h能得到結(jié)晶良好、催化性能較好的CaTiO3光催化劑，當(dāng)催化劑的濃度為0.1g·dm-3時(shí)，光照80min后，對(duì)10mg·dm-3的甲基橙的降解率達(dá)到90.36％，但其光電流密度隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸衰減，隨著催化反應(yīng)次數(shù)的增加，其催化性能迅速減弱，反應(yīng)后的催化劑有少部分分解為TiO2。
　　(2)采用模板法，在前一章的煅燒條件下合成了棒狀結(jié)構(gòu)的

4、CaTiO3，棒狀結(jié)構(gòu)的能隙值比顆粒狀的CaTiO3有所減小。實(shí)驗(yàn)探討了催化劑的投入量以及甲基橙的初始濃度對(duì)降解率的影響。在催化性能、光電流測(cè)試以及抑制光腐蝕性能的測(cè)試中，棒狀結(jié)構(gòu)的CaTiO3表現(xiàn)出了優(yōu)越的性能:當(dāng)催化劑濃度為0.3g·dm-3時(shí)，光照40min后，對(duì)10mg·dm-3的甲基橙的降解率達(dá)到99.03％;棒狀結(jié)構(gòu)的CaTiO3光電流密度大小是顆粒狀的兩倍，隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，電流密度仍能保持穩(wěn)定;在重復(fù)性試驗(yàn)中，隨著重復(fù)

5、次數(shù)的增加，棒狀結(jié)構(gòu)的CaTiO3催化性能衰減的比較緩慢，說明棒狀結(jié)構(gòu)催化劑的抗腐蝕性能增強(qiáng)。在催化反應(yīng)過程中，棒狀結(jié)構(gòu)的CaTiO3的形貌由棒狀變成立方體結(jié)構(gòu)，但晶體沒有被分解，而是轉(zhuǎn)化成CaTi4O9。
　　(3)采用共沉淀法合成了CaZrxTi1-xO3(x=0.00，0.02，0.05，0.08)，探討了煅燒溫度、升溫速率以及Zr的摻雜量對(duì)催化劑性能的影響。結(jié)果表明，以3℃/min的升溫速率升至850℃煅燒3h的樣品的結(jié)晶