具有高活性(001)晶面的銳鈦礦相TiO2的制備、修飾及光催化性能.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題日趨嚴(yán)重，而水體中有機(jī)污染物的消除無疑是環(huán)境治理中的重中之重。因此，半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有重大意義。銳鈦礦相TiO2是目前光催化領(lǐng)域中研究最廣泛和效率較高的半導(dǎo)體催化劑，相比其他半導(dǎo)體，TiO2具有無毒性、低成本、高催化活性和高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。然而，TiO2的禁帶寬度很大，只能吸收有限的紫外光(λ＜380nm)，太陽(yáng)能利用率很低，大約為4％，光生載流子復(fù)合率比較高，光量子效率很低，使得Ti

2、O2在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用受到了很大的限制。因此，提高TiO2納米材料的可見光光催化活性仍然是一項(xiàng)重要的研究。
　　在本論文中，通過TiF4水解產(chǎn)生HF調(diào)控TiO2的暴露晶面、合成的(001)面暴露率最高的TiO2納米方塊與h-In2O3納米顆粒復(fù)合，TiO2、h-In2O3和g-C3N4三者之間復(fù)合，拓寬了TiO2光催化材料的光響應(yīng)范圍，促進(jìn)催化劑光生電子-空穴對(duì)的分離。采用場(chǎng)發(fā)掃描電子顯微鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM

3、)、X-射線衍射儀(XRD)、紫外-可見漫反射(UV-Vis DRS)、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FTIR)，熒光光譜(PL)，N2等溫吸附–脫附曲線及光電化學(xué)測(cè)試等多種手段對(duì)材料進(jìn)行了表征，通過測(cè)定材料在紫外、可見光照下對(duì)目標(biāo)污染物的降解效率來評(píng)價(jià)光催化活性。本論文主要包括以下三個(gè)部分：
　　1、具有(001)晶面的銳鈦礦相TiO2納米方塊的制備及光催化性能研究。在沒有加HF的情況下，采用TiF4作為Ti源，H2O2為形貌調(diào)控劑，通過

4、簡(jiǎn)單的水熱法制備了尺寸為70-100nm，具有高活性(001)晶面的TiO2方塊狀催化劑。同時(shí)考察了水熱反應(yīng)溫度和溶液pH對(duì)產(chǎn)物的形貌和(001)面暴露率的影響，并在此基礎(chǔ)上探討了其生長(zhǎng)機(jī)理。以酸性紅染料作為目標(biāo)污染物，評(píng)價(jià)催化劑的光催化活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合成TiO2納米方塊的最佳條件為水熱溫度180℃、溶液pH值4~5。具有(001)晶面的TiO2納米方塊的光催化降解酸性紅活性是普通TiO2活性的1.6倍。
　　2、h-In2

5、O3/TiO2異質(zhì)結(jié)的可見光光催化性能。首先通過溶劑熱法制備出InOOH-TiO2前驅(qū)體，并通過空氣氣氛中煅燒2h得到h-In2O3/TiO2異質(zhì)結(jié)。所得樣品的光催化活性通過在可見光(λ≥420nm)照射下降解染料羅丹明B來評(píng)價(jià)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，h-In2O3成功地負(fù)載在TiO2納米方塊上，h-In2O3/TiO2樣品具有優(yōu)越的可見光光催化性能，當(dāng)h-In2O3與TiO2摩爾比為1:1時(shí)，樣品光催化活性最好，并且復(fù)合催化劑具有良好的循環(huán)穩(wěn)

6、定性。自由基捕獲實(shí)驗(yàn)證明，?OH和h+是光催化反應(yīng)中的主要活性物種。
　　3、h-In2O3-TiO2-g-C3N4三者復(fù)合物的制備與可見光催化活性。將上述摩爾比為1的h-In2O3/TiO2復(fù)合物與g-C3N4按質(zhì)量比為1:5混合研磨，再通過煅燒得到h-In2O3-TiO2-g-C3N4三元復(fù)合物，以羅丹明B為模型污染物評(píng)價(jià)其活性。三元復(fù)合物在可見光光照下表現(xiàn)出最高的光催化活性，這主要是h-In2O3，TiO2和g-C3N4三者