本文選題：稀土摻雜　切入點：TiO2　出處：《重慶大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：半導(dǎo)體的光催化性能在太陽能和環(huán)保中有廣闊的應(yīng)用前景。其中Ti O2具有無毒、價格低廉、抗光腐蝕以及穩(wěn)定的化學性質(zhì)而備受研究者青睞。但對于純的納米Ti O2而言,在光催化過程中存在激發(fā)的電子-空穴對容易復(fù)合、太陽能利用率等缺點,降低了其光催化效率,嚴重限制其廣泛應(yīng)用。為提高Ti O2的光催化性能,對納米Ti O2進行改性成為研究熱點。稀土元素通過提高納米Ti O2的氧空穴和缺陷濃度、降低電子和空穴的復(fù)合率,進而提高光催化性能。另外相對Ti O2納米粉而言,納米管具有更大的比表面積,因而具有優(yōu)異的光催化性能。以上原因使得研究稀土摻雜的Ti O2納米管對提高其光催化性能具有重要意義。本文采用溶膠-凝膠法制備不同溫度煅燒及稀土Gd、Y摻雜的Ti O2納米粉,并以此為前驅(qū)物,利用微波水熱合成法制備相應(yīng)的Ti O2納米管。采用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM),場發(fā)射透射電鏡(FETEM),X射線衍射儀(XRD)和熒光光譜儀(FS)對樣品進行表征。考察微波水熱合成法對Ti O2納米粉晶型、形貌和結(jié)晶度的影響以及稀土Gd、Y不同摻雜量對Ti O2納米粉及納米管形貌、結(jié)晶度、光致發(fā)光性能和光催化性能的影響。結(jié)果表明,煅燒溫度的提高使Ti O2納米粉晶粒粒徑增大。以不同溫度煅燒納米粉為前驅(qū)物,微波水熱合成法制備的Ti O2納米管形貌基本不發(fā)生變化。另外微波水熱合成法能使600℃和700℃煅燒的Ti O2由銳鈦礦向金紅石轉(zhuǎn)變,而500℃煅燒的Ti O2的晶型未發(fā)生變化。稀土Gd、Y元素的摻雜含量直接影響Ti O2納米粉粒徑大小。隨著摻雜Gd、Y摻雜量的增加,其粒徑均不同程度的減小。摻雜2%的Gd或Y元素的Ti O2納米粉粒徑最小,分別達到10.3nm和9.3nm。而稀土Gd、Y元素摻雜對Ti O2納米管的形貌影響不大。另外其結(jié)晶度隨著Gd、Y元素摻雜含量的增加而降低,適當摻雜Gd、Y元素有助于納米管保持一定的結(jié)晶度,其原因有待進一步探究。摻雜的Gd、Y元素可進入納米Ti O2晶格中,導(dǎo)致氧空穴和缺陷濃度變化,其光致發(fā)光性能隨著摻雜含量的增加,呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢。實驗結(jié)果表明,對于摻雜稀土Gd元素的Ti O2納米粉,Gd含量為0.5%時FS強度最大;含量為0.2%和0.5%時納米管的FS強度最大。對于摻雜稀土Y元素的Ti O2納米粉,Y含量為0.5%時FS強度最大;含量為1%時納米管的FS強度最大。摻雜稀土Gd、Y可提高氧空穴和缺陷濃度,降低電子-空穴對復(fù)合,從而明顯提高納米Ti O2的光催化性能。對比純的Ti O2納米粉,摻雜稀土Gd、Y的Ti O2納米粉光催化性能分別提高44.7%和40%。對比純的Ti O2納米管,摻雜稀土Gd、Y光催化性能的Ti O2納米管光催化性能分別提高71%和27.7%。其中摻雜Gd和Y的Ti O2納米粉和納米管的光催化性能最佳值的摻雜量均在0.5%和1%取得。摻雜Gd,Y元素的納米Ti O2的熒光光譜和光催化性能的變化趨勢一致,但最優(yōu)摻雜含量值不同。表明光致發(fā)光性能可以大致快速評估分別摻雜Gd、Y元素的納米Ti O2的光催化性能,但其缺乏精確評估能力。
[Abstract]:The photocatalytic properties of semiconductors have broad application prospects in solar energy and environmental protection. The Ti O2 is non-toxic, low price, light corrosion and anti chemical properties stable and has attracted great attention from researchers. But for the pure nano Ti O2, existing electronic - excited hole on the composite in the photocatalytic process disadvantages of solar energy utilization rate, reduce the photocatalytic efficiency, and its wide application severely limited. In order to improve the photocatalytic performance of Ti O2, O2 of nano Ti was modified to become a research hotspot. Rare earth elements by increasing the oxygen vacancies and defects of nano Ti O2 concentration, reduce the recombination rate of electron and hole, and then improve the the photocatalytic properties of O2 nanometer powder relative to Ti. In addition, nanotubes with larger specific surface area, so it has excellent photocatalytic properties. The above reasons make the study of rare earth doped Ti O2 nanotubes to improve its photocatalytic performance Is of great significance. This paper prepared different calcination temperatures and rare earth Gd by sol-gel method, Ti doped O2 nano powder Y, and as a precursor, using microwave hydrothermal synthesis of the corresponding Ti O2 nanotubes. By field emission scanning electron microscopy (FESEM), field emission transmission electron microscopy (FETEM), X ray diffraction (XRD) and fluorescence spectrometer (FS) were used to characterize the samples. The effects of microwave hydrothermal synthesis of Ti nano O2 powder, affect the morphology and crystallinity of rare earth Gd and Y, different doping amount on Ti O2 nanoparticles and nanotubes morphology, crystallinity, influence the photoluminescence properties and photocatalytic properties the results show that with the increase of calcination temperature of Ti O2 nano powder particle size increases. The calcination temperature of nano powder as precursor, O2 morphology of Ti nanotubes prepared by microwave hydrothermal synthesis did not change basically. In addition the microwave hydrothermal method "can make 600 DEG C and 700 Change of calcined Ti O2 from anatase to rutile, crystal type and 500 8C Ti O2 did not change. Gd rare earth doping content of Y elements directly affect Ti O2 nano powder particle size. With the doping of Gd, the increase of Y content, the particle size was reduced in different degree. Ti O2 nano powder or Gd doped Y 2% of the smallest size reached 10.3nm, and 9.3nm. and rare earth Gd respectively, Y had little impact on the morphology of Ti doped O2 nanotubes. In addition, the crystallinity increased with Gd, Y doping decreased, appropriate doping Gd, Y elements can help keep the nanotubes the crystallinity, the reasons need to be further explored. The doping of Gd, Y elements can enter Ti nanoparticles in the O2 lattice, resulting in oxygen vacancies and defects concentration, the photoluminescence properties with increasing doping content, showed a trend of first increase and then decrease. The experimental results show that the doping of rare Ti O2 nano powder soil element Gd, Gd content is FS the maximum intensity of 0.5%; content of FS strength of 0.2% and 0.5%. The maximum for Ti nanotubes O2 nano powder doped with rare earth elements Y, Y content is FS the maximum intensity of 0.5%; content of FS 1% nanotubes. The maximum intensity of rare earth doped Gd. Y can increase the oxygen vacancies and defects concentration, reduce the recombination of electron hole, thereby significantly improve the photocatalytic performance of nano Ti O2. Compared with the pure Ti nano O2 doped rare earth Gd, Ti nano O2 photocatalytic performance of Y and 40%. were increased by 44.7% compared with the pure Ti O2 nanotubes, rare earth doped Gd. The photocatalytic performance of Ti nano O2 photocatalytic performance of Y tube are respectively 71% and 27.7%. increased the amount of doping which optimum photocatalytic properties of doped Gd and Y Ti of O2 nanoparticles and nanotubes were achieved in 0.5% and 1%. Gd doped, changes of fluorescence spectrum and photocatalytic activity of nano Ti O2 Y element to the The trend is the same, but the best doping content is different. It indicates that the photoluminescence properties can roughly evaluate the photocatalytic properties of nano Ti O2 doped with Gd and Y elements, but it lacks precise evaluation ability.

【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O614.411;TB383.1

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本文編號：1566546