多孔二氧化鈦光催化材料的水熱制備.pdf

1、近年來，為了解決日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，非均相光催化技術(shù)由于在凈化水和空氣等方面的巨大潛力而引起了極大的關(guān)注。納米二氧化鈦由于具有在生物和化學(xué)上的惰性、強(qiáng)的氧化能力、較低的生產(chǎn)成本及抗光、化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，常被用作光催化氧化反應(yīng)的催化劑。盡管具有廣泛的應(yīng)用前景，但是二氧化鈦晶格內(nèi)或表面上光生電子-空穴對的快速復(fù)合阻礙了光催化氧化技術(shù)的商業(yè)化。因此，從實(shí)際應(yīng)用和商業(yè)開發(fā)的角度出發(fā)，二氧化鈦的光催化活性需要得到進(jìn)一步的加強(qiáng)。

2、具有好的晶化、相對小的晶粒尺寸及較大的比表面積的二氧化鈦可以達(dá)到這個(gè)目的。在眾多的二氧化鈦納米顆粒的制備方法中，水熱合成技術(shù)由于設(shè)備簡單、溫度低而得到廣泛應(yīng)用。通過改變水熱反應(yīng)條件，如反應(yīng)溫度和時(shí)間、pH值、反應(yīng)物濃度和摩爾比以及添加劑等，可以得到不同組成、結(jié)構(gòu)和形貌的小晶粒尺寸、高比表面積的產(chǎn)品。本論文運(yùn)用水熱合成方法，重點(diǎn)在高活性納米TiO2光催化劑的制備、TiO2空心結(jié)構(gòu)及復(fù)合光催化劑等方面進(jìn)行了有益的探索，其主要內(nèi)容如下：

3、 第二章，通過水熱方法制備出了高光催化活性的雙峰納晶介孔二氧化鈦粉末。水熱處理過程增強(qiáng)了二氧化鈦粉末從無定形到銳鈦礦的相轉(zhuǎn)變，并影響其晶化和結(jié)構(gòu)重整。隨著水熱溫度或時(shí)間的增加，平均晶粒尺寸和孔平均直徑增加。相反，BET比表面積、孔體積和孔隙率減小。水熱處理后的二氧化鈦粉末在介孔和大孔區(qū)域顯示出雙峰孔徑分布。實(shí)驗(yàn)中確定了最佳水熱處理?xiàng)l件(在180°C下水熱10 h)，并在此條件下制備出的TiO2粉末的光催化活性是DegussaP-25的

4、3倍多。這可能歸因于此條件下所制備的樣品具有雙峰介孔結(jié)構(gòu)、小的晶粒尺寸、大的比表面積及好的晶化。 第三章，以乙醇．水混合溶液為反應(yīng)介質(zhì)，通過水熱方法制備了雙峰介孔納晶二氧化鈦粉末。結(jié)果表明：EtOH/H2O的摩爾比R對銳鈦礦的晶化程度、晶粒尺寸、BET比表面積以及光催化活性有顯著影響。在相同的水熱時(shí)間和水熱溫度條件下，隨著R值減小，比表面積、孔體積和孔隙率略有減小，然而，相對銳鈦礦晶化程度增強(qiáng)，并導(dǎo)致光催化活性的增強(qiáng)。在150～

5、200℃水熱反應(yīng)3～24 h制得的TiO2粉末的光催化活性明顯超過了商品級Degussa P-25。 第四章，通過水熱合成和微波干燥的方法制備了具有高光催化活性的的雙峰納晶二氧化鈦粉末。與傳統(tǒng)真空干燥方式相比，微波干燥不僅能縮短干燥時(shí)間，而且明顯地影響二氧化鈦粉末的微結(jié)構(gòu)和光催化活性。微波干燥促進(jìn)了孔的生長，增強(qiáng)了光催化活性。在微波爐中干燥3 min的樣品表現(xiàn)出最大的光催化活性。隨著微波干燥時(shí)間從6 min延長到10 min，樣

6、品的比表面積和孔體積減小，導(dǎo)致其光催化活性降低，但仍然高于真空干燥樣品的光催化活性。微波干燥3 min的樣品由于擁有大的比表面積和孔體積，并顯示出最大的光催化活性，其值大大地高于商品級Degussa P-25。 第五章，以(NH4)2TiF6作為鈦源，通過簡單的一鍋水熱方法合成了含有雙相結(jié)構(gòu)(銳鈦礦和金紅石相)的多殼層二氧化鈦空心微球。煅燒溫度極大地影響二氧化鈦空心球的光催化活性。在500℃下，二氧化鈦空心微球顯示出最大的光催化

7、活性可能歸因于其雙相結(jié)構(gòu)及最佳的金紅石與銳鈦礦的質(zhì)量比。這種新穎的多殼層二氧化鈦空心微球在催化、生物、太陽能電池、分離及凈化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 第六章，通過簡單的一鍋水熱方法合成了多殼層TiO2/C復(fù)合空心微球。煅燒時(shí)間極大地影響了二氧化鈦空心球的可見光誘導(dǎo)光催化活性。隨著煅燒時(shí)間的增加，銳鈦礦晶化程度增強(qiáng)，平均晶粒尺寸及孔平均直徑增加。相反，碳含量、BET比表面積、孔體積和孔隙率減小。在450℃下煅燒2 h的二氧化鈦空