暴露晶面TiO2单晶复合光催化材料的制备与性能研究
由于价格低廉，来源丰富，无毒无害，化学性质稳定，抗光腐蚀以及较高的氧化能力等，TiO2被认为是一种很有潜力的光催化剂材料。然而，TiO2的光生电子空穴对复合效率较高，使得其光催化效率不高，而且它只能被太阳光中含量仅3％-5％的紫外光激发，这两大缺点限制了其在实际生产中的应用。改善TiO2的光催化活性的方法主要有形貌控制法，掺杂法，贵金属颗粒沉积修饰法，窄禁带半导体复合法等。 大量研究证明了高能(001)晶面暴露的TiO2单晶具有较高的光催化活性，但其光催化效率仍达不到实际应用的要求。本论文以高能晶面暴露的TiO2单晶纳米颗粒为基体材料，通过形貌控制，贵金属银纳米颗粒选择性沉积修饰，与窄禁带半导体Ag2O复合等方式来改进了TiO2的光催化性能。相关的研究结果如下: (1)以金属钛粉为钛源，采用简单的水热反应过程制备了单晶纳米片自组装TiO2微球结构。采用XRD，SEM，XPS等分析测试技术对样品进行了分析表征，以六价重金属铬和罗丹明B，甲基橙作为模拟污染物测试了单晶纳米片自组装TiO2微球的光催化性能。与P25和商业纯锐钛矿相TiO2相比，单晶纳米片自组装TiO2微球具有很好的光催化性能。 (2)以钛酸丁酯为钛源，HF酸为形貌控制剂，采用烧结法制备了高能晶面暴露的十面体TiO2单晶纳米颗粒。采用超声沉积的方法使得贵金属银纳米颗粒选择性沉积在十面体结构的顶面上。经贵金属银沉积修饰后的样品在可见光区的吸收强度被显著的提高。贵金属银纳米颗粒选择性修饰的TiO2单晶光催化剂在模拟太阳光下对罗丹明B具有很好的光催化降解性能。 (3)以钛酸丁酯为钛源，HF酸作为形貌控制剂，硫脲作为表面活性剂，采用溶剂热法制备了暴露大量高能(001)晶面的TiO2单晶纳米片。并研究了钛源和表面活性剂的加入量对TiO2单晶纳米片形貌的影响。采用超声沉积的方法在所制备单晶纳米片的(101)晶面上选择性沉积贵金属银纳米颗粒，同时研究了超声处理时间对银纳米颗粒沉积状况的影响等。实验结果表明10mL的钛酸丁酯，0.10g的硫脲和50分钟的超声时间是制备贵金属银选择性修饰高能晶面暴露TiO2单晶纳米片的最佳实验参数。所制备的样品对罗丹明B表现出了优异的光催化降解性能。 (4)以硼氢化钠作为还原剂，通过简单的溶剂热反应合成了Ti3+自掺杂TiO2单晶纳米片。通过超声处理制备了与窄禁带半导体Ag2O相复合的TiO2单晶纳米片基光催化剂。通过TEM分析发现，所制备的Ti3+自掺杂TiO2单晶纳米片分别大量暴露了TiO2的高能(001)晶面和稳定的(101)晶面。Ag2O与这两种TiO2单晶纳米片形成了典型的双Z结构光催化体系，该光催化剂在模拟太阳光下可有效的降解RhB。
复合光催化材料;二氧化钛单晶;银纳米颗粒;制备工艺;光催化性能
陕西科技大学
硕士
材料科学与工程
刘辉
2016
中文
TB342
68
2016-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）