本文關鍵詞： 二氧化鈦 可見光吸收 光催化 氫化 氮摻雜 氧空位　出處：《華中科技大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：由于良好的化學穩(wěn)定性、無毒性、抗光腐蝕、價格低廉等優(yōu)點,TiO2被廣泛地應用于光催化、太陽能電池、空氣和水的凈化等方面。因此,納米二氧化鈦光催化劑在環(huán)境凈化和能源開發(fā)等方面具有重要的作用和廣闊的前景。但是,TiO2的寬帶隙(銳鈦礦約為3.2eV,金紅石約為3.0eV)導致其只能吸收僅占太陽光的3%~5%的紫外光,極大地限制了TiO2的量子產(chǎn)率。所以,克服TiO2光催化劑的局限性,提高TiO2在可見光照射下的光催化活性具有重要的意義。首先,本文在不同的熱處理條件下,如不同的氣氛、通氣時間,尤其是改變退火過程中的通氣順序(NH3/H2和H2/NH3),得到一系列納米二氧化鈦光催化劑,分別為:H-TiO2,N-TiO2,N-H-TiO2,H-N-TiO2。然后,本文從結構、成分、光吸收及缺陷組成等方面探究了納米TiO2光催化劑之間的差異性,進而對N摻雜和氫化的作用機理進行了分析和討論。最后,本文研究了光催化測試過程的各個參數(shù)(催化劑的用量及苯的初始濃度等)對N-H-TiO2光催化劑在實際應用中的影響,并對N-H-TiO2進行穩(wěn)定性測試。本文首次從一個嶄新的角度研究了TiO2的制備工藝及其使役行為。與單一氣氛下退火得到的樣品(H-TiO2和N-TiO2)和先氫化后N摻雜得到的H-N-TiO2相比,先N摻雜后氫化得到的N-H-TiO2光催化劑具有最優(yōu)異的性能。在可見光照射下,100mg N-H-TiO2光催化劑在3小時內(nèi)能夠將初始濃度為200ppm左右的苯徹底降解。N-H-TiO2和H-N-TiO2之間結構和性能的差異性來源于高溫退火過程中氨氣和氫氣通入順序的不同。N-H-TiO2的可見光催化活性高是因為其結晶度高,顆粒尺寸小,光吸收能力強,光生載流子的分離速率快,以及表面無序層和氧空位等缺陷造成的表面吸附能力強等因素的綜合作用。N摻雜和氫化的順序不同還會影響N摻雜的位置(間隙位或者取代位)及其濃度。另外,延長氫化時間能夠明顯提高TiO2對苯的礦化作用。N-H-TiO2具有持續(xù)的光催化活性和穩(wěn)定性,具有良好的實際應用價值。
[Abstract]:TIO _ 2 is widely used in photocatalysis, solar cells, air and water purification due to its good chemical stability, non-toxicity, anti-photocorrosion and low cost. Nanometer TIO _ 2 photocatalyst has important role and broad prospect in environmental purification and energy development, but the wide band gap of TIO _ 2 (anatase is about 3.2 EV). Rutile (about 3.0 EV) can only absorb 3% of UV light, which greatly limits the quantum yield of TiO2. Therefore, the limitation of TiO2 photocatalyst is overcome. It is important to improve the photocatalytic activity of TiO2 under visible light irradiation. Firstly, under different heat treatment conditions, such as different atmosphere, ventilation time. In particular, a series of nano-TiO _ 2 photocatalysts were obtained by changing the aeration order of NH _ 3 / H _ 2 and H _ 2 / NH _ 3 during annealing. N-H-TiO2 and H-N-TiO2.Then, the differences between nano-sized TiO2 photocatalysts were discussed in terms of structure, composition, light absorption and defect composition. Then the mechanism of N doping and hydrogenation is analyzed and discussed. Finally. In this paper, the effects of various parameters (amount of catalyst and initial concentration of benzene) on the application of N-H-TiO _ 2 photocatalyst were studied. And the stability of N-H-TiO _ 2 was tested. The preparation process and causative behavior of TiO2 were studied for the first time from a new point of view, which was compared with the sample annealed in a single atmosphere. H-TiO _ 2 and N-TiO _ 2) were compared with H-N-TiO _ 2 prepared by hydrogenation and then N doping. N-H-TiO _ 2 photocatalyst prepared by N-doping and hydrogenation has the best performance. 100mg. Source of structure and performance differences between N-H-TiO _ 2 and H-N-TiO _ 2 photocatalysts for complete degradation of benzene with initial concentration of 200ppm within 3 hours. The visible light catalytic activity of ammonia and hydrogen in different order during high temperature annealing is high because of its high crystallinity. The particle size is small, the light absorption ability is strong, and the separation rate of photogenerated carriers is fast. As well as the surface disordered layer and oxygen vacancy and other defects caused by the surface adsorption ability and other factors. The order of N doping and hydrogenation will also affect the position of N doping (gap or substitution sites). And its concentration. Prolonging the hydrogenation time can obviously improve the mineralization of benzene by TiO2. N-H-TiO _ 2 has continuous photocatalytic activity and stability, and has good practical application value.
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ134.11;TB383.1

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