改善納米TiO-,2-光催化性能的合成方法研究.pdf

1、近年來(lái)，半導(dǎo)體催化劑因其在空氣凈化、有害污染物治理和水清潔等環(huán)境方面的廣泛應(yīng)用而備受關(guān)注。在眾多的半導(dǎo)體氧化物光催化劑中，TiO2因其氧化能力強(qiáng)、廉價(jià)、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定而成為被廣泛應(yīng)用的光催化劑之一。然而，TiO2在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著量子效率和可見光利用率低等問題，極大的限制了TiO2的發(fā)展。本論文針對(duì)TiO2光催化領(lǐng)域存在的這些問題，通過改善合成方法和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件制備出不同系列的光催化劑，研究了晶相結(jié)構(gòu)、比表面積等性質(zhì)對(duì)光催化活性的

2、影響本質(zhì)，為進(jìn)一步發(fā)展高活性納米TiO2光催化劑的制備方法積累經(jīng)驗(yàn)。 本論文的主要內(nèi)容如下： 發(fā)展了以十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)和氨水協(xié)同作用制備高活性納米TiO2光催化劑的方法。用該方法制備的TiO2具有小晶粒、大比表面積、晶化程度高的優(yōu)點(diǎn)，從而大大提高了光催化劑的催化活性。這種方法是在鈦酸四丁酯水解得到的納米晶和CTAB共存的條件下，經(jīng)過水熱和氨水回流處理，焙燒后制得小晶粒尺寸、大比表面積、晶化程度好的高活性納

3、米TiO2光催化劑。在制備的過程中，CTAB抑制納米粒子聚集并組裝TiO2納米晶，氨水除與TiO2納米粒子有較強(qiáng)的相互作用外，在回流處理過程中還增強(qiáng)了CTAB與TiO2納米粒子的相互作用,這種CTAB與氨水問的協(xié)同作用極大地阻礙了TiO2納米粒子間的進(jìn)一步接觸，提高了TiO2的熱穩(wěn)定性，抑制了在焙燒過程中晶粒的增長(zhǎng)、聚集、比表面積降低和相轉(zhuǎn)變的發(fā)生，使TiO2在保持較小晶粒和較大比表面積的同時(shí)，仍然具有較適宜的晶化度，通過這種方法制備的

4、TiO2顯示出了比Degussa P25更高的光催化活性。 發(fā)展了CTAB和乙二胺協(xié)同作用制備高活性納米TiO2光催化劑的方法。采用這種方法同樣制備了小晶粒、大比表面積、晶化程度高的納米TiO2，這種方法中用乙二胺代替氨水主要是為了克服氨水易分解、成本高以及所帶來(lái)的操作繁瑣等缺點(diǎn)，并對(duì)CTAB和乙二胺協(xié)同作用制備高活性納米TiO2的合成機(jī)理進(jìn)行了分析。所制備的納米TiO2的光催化活性顯著高于Degussa P25，這為進(jìn)一步制備

5、高活性的納米TiO2提供了新的合成思路。發(fā)展了改變?nèi)軇O性制備晶相組成可控的介孔TiO2的合成方法。該方法通過改變?nèi)軇┑臉O性(水和乙醇的比例)制備了純銳鈦礦以及銳鈦礦和板鈦礦比例可調(diào)的一系列介孔TiO2。結(jié)果表明溶劑極性的不同會(huì)引起TiO2中銳鈦礦和板鈦礦的相對(duì)含量、晶粒尺寸和比表面積的變化，研究了晶相結(jié)構(gòu)、組成、比表面積等性質(zhì)對(duì)光催化活件的影響。 發(fā)展了以高熱穩(wěn)定性、小晶粒、大比表面積TiO2作為原材料制備氮摻雜TiO2可見光

6、催化劑的方法。這種方法是將按照本論文第5章的實(shí)驗(yàn)方法制備的銳鈦礦TiO2在空氣中800℃焙燒后直接降至某一溫度，通入NH3／N2的混合氣，并在此溫度下保持一定時(shí)間制備了氮摻雜TiO2。結(jié)果表明，該方法可以有效地?fù)降瑫r(shí)保持原有的銳鈦礦結(jié)構(gòu)以及小晶粒、大比表面積的優(yōu)點(diǎn)。氮摻雜后的TiO2明顯拓展了可見光響應(yīng)范圍，制備的適當(dāng)?shù)獡诫s量的TiO2在保持較高的紫外光催化活性的基礎(chǔ)上顯著提高了可見光催化活性，顯現(xiàn)出比同樣條件下進(jìn)行氮摻雜的Degu

7、ssa P25高很多的光催化活性。 發(fā)展了ZrO2改性的硫摻雜介孔TiO2可見光催化劑的制備方法。該方法是在蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝的基礎(chǔ)上，通過加入硫脲和氧氯化鋯制得具有可見光響應(yīng)的硫摻雜介孔TiO2，而ZrO2的引入則顯著的抑制了晶粒的生長(zhǎng)和聚集，阻礙了銳鈦礦向金紅石的轉(zhuǎn)變，同時(shí)也抑制了硫元素在焙燒時(shí)的過度損失。因此，所制備的ZrO2改性的硫摻雜TiO2相對(duì)于未改性的硫摻雜TiO2具有更小的粒徑、更大的比表面積和孔體積，并顯示出比未改