本文關(guān)鍵詞：銦改性納米二氧化鈦的制備及其光催化性能研究

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【摘要】：二氧化鈦(TiO_2)納米材料光催化性能研究一直受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。其中光催化處理有機(jī)污染物是相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一。目前,如何開發(fā)高性能的TiO_2催化劑并用于工業(yè)和環(huán)境污染的治理方面,仍處在不斷的探索中。本論文以金屬離子摻雜、金屬-非金屬離子協(xié)同摻雜對(duì)TiO_2進(jìn)行了改性,并對(duì)其光催化性能進(jìn)行了研究。首先,采用溶膠凝膠法制備了銦金屬(In)離子改性的納米TiO_2。以鈦酸正丁酯為鈦源,In(NO_3)3·4.5H_2O為銦離子摻雜前驅(qū)體,通過SEM、TEM、BET等手段進(jìn)行了表征和測(cè)試,結(jié)果表明：In改性的納米Ti02具有介孔結(jié)構(gòu),呈均一的球狀顆粒,粒徑小于20nm。其中,2%In-TiO_2顆粒的比表面積122.703 m2/g,相比純納米TiO_2顆粒表面積(90.718m2/g)提高了35.26%。通過XPS、XRD表征,結(jié)果表明：In3+已經(jīng)摻入納米TiO_2的晶格中,改變了Ti的電負(fù)性,并形成了In-O-Ti的高結(jié)合能體系。其次,在單一In摻雜的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步對(duì)納米TiO_2進(jìn)行In-N和In-C協(xié)同摻雜。以三聚氰胺為氮離子摻雜前驅(qū)體,制備了In-N共摻雜的復(fù)合納米TiO_2；以葡萄糖為碳源,以P25為原料制備了In-C共摻雜的復(fù)合納米TiO_2。通過XPS、XRD進(jìn)行了表征,結(jié)果表明：N、C離子均勻分散在TiO_2的晶格中,沒有造成TiO_2的晶格變形。通過UV-Vis測(cè)試結(jié)果表明：適量金屬h離子與非金屬N、C離子的協(xié)同摻雜可以提高TiO_2對(duì)可見光的吸收轉(zhuǎn)化能力。最后,將三組改性復(fù)合催化劑分別用于光催化實(shí)驗(yàn)中,以亞甲基藍(lán)(MB)、活性紅(RR4)模擬有機(jī)染料污染物進(jìn)行光催化降解實(shí)驗(yàn),探索了其光催化性能和最佳生產(chǎn)工藝。光催化實(shí)驗(yàn)表明,單摻雜和共摻雜能有效降低TiO_2的禁帶寬度,增加電子空穴對(duì)的數(shù)量,降低光電子空穴的閾值,使催化劑具備更大的吸附能力和光催化降解能力。其中三組復(fù)合催化劑改性優(yōu)化后的最佳濃度比分別為2%In-TiO_2、0.7%In/N-TiO_2、15%In/C-P25,其光催化降解率分別可達(dá)90.0%、90.4%、92.3%。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 銦摻雜 光催化活性
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ134.11;O643.36
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 序言9-13
• 1 引言13-25
• 1.1 納米TiO_2光催化的概述13-19
• 1.1.1 納米TiO_2光催化的原理13-15
• 1.1.2 納米TiO_2光催化的影響因素15-19
• 1.1.2.1 晶型的影響15-16
• 1.1.2.2 表面積的影響16
• 1.1.2.3 粒子尺寸的影響16-17
• 1.1.2.4 形貌的影響17-18
• 1.1.2.5 PH值的影響18
• 1.1.2.6 熱處理溫度的影響18-19
• 1.2 納米TiO_2的制備方法19-23
• 1.2.1 納米TiO_2的合成方法19-22
• 1.2.1.1 溶膠凝膠法19-20
• 1.2.1.2 水熱法20
• 1.2.1.3 微乳液法20-21
• 1.2.1.4 沉淀法21
• 1.2.1.5 直接氧化法21
• 1.2.1.6 微波法21
• 1.2.1.7 模板法21-22
• 1.2.2 納米TiO_2的改性手段22-23
• 1.2.2.1 離子摻雜22
• 1.2.2.2 貴金屬沉積22-23
• 1.2.2.3 復(fù)合半導(dǎo)體23
• 1.2.2.4 染料光敏化23
• 1.3 問題與發(fā)展動(dòng)向23-24
• 1.4 論文的研究意義和內(nèi)容24-25
• 2 實(shí)驗(yàn)材料及方法25-32
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備25-26
• 2.3 光催化反應(yīng)過程及反應(yīng)模型26-27
• 2.4 表征方法27-32
• 2.4.1 晶相、尺寸表征方法27-28
• 2.4.2 形貌觀測(cè)方法28-30
• 2.4.3 化學(xué)組成表征30-31
• 2.4.4 光電性能測(cè)試31-32
• 3 納米TiO_2的制備及表征32-38
• 3.1 實(shí)驗(yàn)材料及制備方法32-33
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料32
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)制備方法32-33
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)制備原理33
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論33-37
• 3.2.1 物相分析33-35
• 3.2.2 形貌分析35-37
• 3.3 本章小結(jié)37-38
• 4 In改性TiO_2的制備及表征38-49
• 4.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法38-39
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料38
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)制備方法38-39
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論39-47
• 4.2.1 物相分析39-42
• 4.2.2 形貌分析42-45
• 4.2.3 光響應(yīng)范圍45
• 4.2.4 光催化性能測(cè)試45-47
• 4.3 本章小結(jié)47-49
• 5 In-N共摻雜納米TiO_2的制備及表征49-58
• 5.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法49-51
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料49
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)制備方法49-51
• 5.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論51-57
• 5.2.1 物相分析51-52
• 5.2.2 形貌分析52-54
• 5.2.3 光響應(yīng)范圍54-55
• 5.2.4 光催化性能測(cè)試55-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 6 In-C共摻雜P25的制備及表征58-68
• 6.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法58-60
• 6.1.1 實(shí)驗(yàn)材料58
• 6.1.2 實(shí)驗(yàn)制備方法58-60
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析60-67
• 6.2.1 物相分析60-61
• 6.2.2 形貌分析61-62
• 6.2.3 光響應(yīng)范圍62-63
• 6.2.4 光催化性能測(cè)試63-67
• 6.3 本章小結(jié)67-68
• 7 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀碩士/博士學(xué)位期間取得的研究成果73-75
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集75

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