新型TiO-,2-的合成及光催化性能的研究.pdf

1、近年來(lái)，利用半導(dǎo)體光催化劑處理環(huán)境污染物已引起世界關(guān)注。TiO<,2>以其無(wú)毒、催化活性高、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)廉易得及可直接利用太陽(yáng)光等優(yōu)點(diǎn)受到人們的重視。有序介孔TiO<,2>材料作為光催化劑用于環(huán)境污染物的處理是研究的熱點(diǎn)之一。一方面，介孔TiO<,2>的高比表面積提高了與有機(jī)分子接觸幾率，介孔孔道的存在使多相催化反應(yīng)中的底物、產(chǎn)物有較快的擴(kuò)散速度；另一方面，表面富含羥基，吸附的水能力增強(qiáng)，水和羥基可與TiO<,2>表面的空穴反應(yīng)產(chǎn)生

2、羥基自由基，而羥基自由基是降解有機(jī)物的強(qiáng)氧化劑，從而有利于提高TiO<,2>的光催化效率。然而不足之處是介孔TiO<,2>在晶化過(guò)程中有序介孔結(jié)構(gòu)會(huì)有較大的破壞，TiO<,2>只能被波長(zhǎng)小于380 nm的紫外光激發(fā)，光利用率低。 針對(duì)目前介孔TiO<,2>光催化領(lǐng)域存在的這些問(wèn)題，本文通過(guò)摻雜對(duì)介孔TiO<,2>進(jìn)行了改性，發(fā)現(xiàn)摻雜對(duì)介孔TiO<,2>的熱穩(wěn)定型，光催化活性以及在可見(jiàn)光下的光催化效率具有顯著的提高；同時(shí)本文還采用

3、醇解結(jié)合非表面活性劑自組裝法制備了形貌新穎、具有高光催化活性的光催化劑。以苯酚，亞甲基藍(lán)，重鉻酸鉀的光催化降解作為探針?lè)磻?yīng)，研究了它們的光催化活性。同時(shí)采用XRD、TEM、SEM、FT-IR、XPS、RAMAN、UV、熒光光譜、氮吸附等表征手段對(duì)所制備催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，討論了催化劑結(jié)構(gòu)和光催化活性的關(guān)系。為進(jìn)一步發(fā)展實(shí)用性光催化技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)。 本論文具體內(nèi)容分以下四部分： 一、有序介孔結(jié)構(gòu)TiO<,2>光催化劑的制

4、備及其光催化活性研究采用溶劑揮發(fā)誘導(dǎo)自組裝法(EISA)，通過(guò)原位添加金屬離子制備了一系列有序介孔結(jié)構(gòu)的TiO<,2>光催化劑。有序的介孔結(jié)構(gòu)對(duì)光催化活性有促進(jìn)作用，主要體現(xiàn)在高的比表面積和對(duì)降解物吸收能力的增強(qiáng)，有利于反應(yīng)物在催化劑孔道中的轉(zhuǎn)移。同時(shí)摻雜金屬元素的研究結(jié)果表明： (1)添加一定含量的稀土La<'3+>不僅可以有效抑制TiO<,2>晶相的轉(zhuǎn)變，穩(wěn)定其介孔結(jié)構(gòu)，大大地提高催化劑的熱穩(wěn)定型和結(jié)晶度，而且可以提高催化劑

5、的光催化活性，從而得到具有高穩(wěn)定性、高結(jié)晶度、高催化活性的介孔TiO<,2>光催化劑； (2)添加貴金屬Au可以合成介孔Au/TiO<,2>復(fù)合物，TiO<,2>和Au都具有很好的結(jié)晶度，同時(shí)納米Au顆粒鑲嵌在介孔的墻壁結(jié)構(gòu)中。納米Au在催化劑微結(jié)構(gòu)作為電子接收器，光激發(fā)的電子和空穴由于納米Au的存在更加有效的分離，可以有效地提高催化劑的量子效率以及光催化活性； (3)添加金屬Bi<'3+>可以合成介孔Bi/TiO<,2

6、>復(fù)合物，介孔結(jié)構(gòu)使催化劑具有很大的比表面積，Bi均勻的和TiO<,2>復(fù)合。Bi的摻雜使得TiO<,2>的能帶隙顯著降低，從3.2 eV下降到2.7 eV，有效地提高了TiO<,2>在可見(jiàn)區(qū)的吸收，催化劑的可見(jiàn)光光催化能力明顯提高。 二、醇解法制備核殼結(jié)構(gòu)TiO<,2>光催化劑及其光催化活性的研究采用無(wú)模板技術(shù)快速合成結(jié)構(gòu)可調(diào)的、具有結(jié)構(gòu)均一和豐富的表面結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)的核殼型TiO<,2>。通過(guò)對(duì)成核的控制，得到了在水溶液中具有良