本文關(guān)鍵詞：TiO_2光催化劑的制備及其光電催化性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《暨南大學(xué)》 2005年

TiO_2光催化劑的制備及其光電催化性能研究

陳蕓蕓  

【摘要】：半導(dǎo)體TiO_2是一種高效的光催化劑,具有很強(qiáng)的氧化能力,在紫外光照下,它能將空氣中和水中的有機(jī)污染物降解為CO_2和H_2O,很有可能成為一種處理環(huán)境污染物的有效方法,已經(jīng)引起研究人員的極大關(guān)注。光電催化是一種通過(guò)施加外加電壓,將光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子遷移到對(duì)電極上,減少光生電子—空穴的復(fù)合,從而促進(jìn)光催化劑催化活性顯著提高的技術(shù)。一般認(rèn)為,金紅石相TiO_2的光催化活性比較差,但它的激發(fā)波長(zhǎng)范圍比較廣,且是熱力學(xué)穩(wěn)定相,有廣泛的應(yīng)用前景,因此,關(guān)于如何提高金紅石的光催化活性的研究是非常有意義的�；谶@個(gè)目的,本文研究了光電催化體系中金紅石相TiO_2粉末、薄膜以及復(fù)合半導(dǎo)體WO_3-TiO_2薄膜對(duì)甲基橙的降解效率。采用溶膠—凝膠法制備銳鈦礦相、金紅石相以及混晶相TiO_2粉末,分別測(cè)試了三者對(duì)甲基橙的光催化、電催化以及光電催化降解效率,結(jié)果發(fā)現(xiàn)金紅石的電催化和光電催化活性分別比銳鈦礦提高了60.9%和8.3%,電化學(xué)實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了這一點(diǎn)。由于固定化的催化劑比粉體催化劑更容易應(yīng)用于實(shí)際的污染治理中,我們采用直接熱氧化法制備了金紅石相TiO_2薄膜,通過(guò)X射線衍射(XRD),掃描電鏡(SEM)等表征手段,研究了薄膜的組成和形貌,并將所制薄膜催化劑用于甲基橙的光催化降解反應(yīng)。結(jié)果顯示,600℃煅燒3h的金紅石相TiO_2具有最佳的光電催化活性,對(duì)甲基橙的催化降解率為34.8%;且光電催化降解甲基橙的效率明顯大于單一的光催化和電催化效率之和,說(shuō)明本文所研究的光電催化體系反應(yīng)存在著光電協(xié)同效應(yīng)。在光電催化體系中加入了電子受體,金紅石相TiO_2薄膜的催化活性也明顯地提高了。為了進(jìn)一步改進(jìn)金紅石相TiO_2的活性,在金紅石相TiO_2薄膜中摻雜WO_3,發(fā)現(xiàn)摻鎢量為3%(wt),煅燒溫度為500℃時(shí)的WO_3-TiO_2薄膜具有最佳的催化活性,比沒(méi)有摻鎢的TiO_2薄膜的催化活性提高了85.7%。并且發(fā)現(xiàn),氧化鎢的摻雜使生成金紅石相TiO_2的溫度降低。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：暨南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2005
【分類號(hào)】：O643.36
【目錄】：

摘要4-5

Abstract5-10

第一章 前言10-24

1.1 引言10

1.2 半導(dǎo)體概述10-11

1.3 二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)11-13

1.3.1 二氧化鈦的三種晶相11-12

1.3.2 金紅石與銳鈦礦12-13

1.4 二氧化鈦的光電催化原理13-15

1.4.1 二氧化鈦的能帶結(jié)構(gòu)14

1.4.2 二氧化鈦的光電催化原理14-15

1.5 二氧化鈦的制備方法15-19

1.5.1 粉體二氧化鈦的制備15-17

1.5.1.1 物理法制備粉體二氧化鈦16

1.5.1.2 化學(xué)法制備粉體二氧化鈦16-17

1.5.2 固定相二氧化鈦的制備17-19

1.6 半導(dǎo)體光催化劑性能的改進(jìn)19-21

1.6.1 復(fù)合半導(dǎo)體19-20

1.6.2 貴金屬沉積20

1.6.3 金屬離子的修飾20-21

1.7 國(guó)內(nèi)外光電催化研究現(xiàn)狀21-22

1.8 本論文研究思路22-24

第二章 TiO_2光催化劑的制備與性能研究24-35

2.1 引言24

2.2 實(shí)驗(yàn)部分24-27

2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑24-25

2.2.2 二氧化鈦光催化劑的制備25

2.2.3 光電催化實(shí)驗(yàn)25-27

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論27-34

2.3.1 催化劑的表征27-30

2.3.1.1 X射線衍射(XRD)27

2.3.1.2 掃描電子顯微鏡(SEM)27-28

2.3.1.3 計(jì)時(shí)電流法(CA)28-30

2.3.2 TiO_2光催化性能研究30-34

2.3.2.1 銳鈦礦相TiO_2的光、電、光電催化性能30

2.3.2.2 混晶相TiO_2的光、電、光電催化性能30-32

2.3.2.3 金紅石相TiO_2的光、電、光電催化性能32-33

2.3.2.4 電子受體KlO_4對(duì)金紅石相TiO_2的促進(jìn)作用33-34

2.4 結(jié)論34-35

第三章 TiO_2／Ti網(wǎng)的制備與性能研究35-50

3.1 引言35-36

3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-37

3.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑36

3.2.2 TiO_2／Ti網(wǎng)的制備36

3.2.3 光電催化實(shí)驗(yàn)36-37

3.3 結(jié)果與討論37-48

3.3.1 TiO_2／Ti的表征37-40

3.3.1.1 X射線衍射(XRD)37-38

3.3.1.2 掃描電子顯微鏡(TEM)38-40

3.3.2 金紅石TiO_2／Ti網(wǎng)的光電催化性能研究40-48

3.3.2.1 煅燒溫度對(duì)TiO_2／Ti網(wǎng)催化活性的影響40-41

3.3.2.2 煅燒時(shí)間對(duì)TiO_2／Ti網(wǎng)催化活性的影響41

3.3.2.3 外加電壓對(duì)TiO_2／Ti網(wǎng)催化活性的影響41-42

3.3.2.4 光強(qiáng)對(duì)TiO_2／Ti網(wǎng)催化活性的影響42-43

3.3.2.5 不同處理?xiàng)l件下TiO_2／Ti網(wǎng)的催化活性43

3.3.2.6 TiO_2／Ti網(wǎng)的重復(fù)使用率43-44

3.3.2.7 電子受體對(duì)TiO_2／Ti網(wǎng)催化活性的影響44-48

3.4 結(jié)論48-50

第四章 WO_3-TiO_2復(fù)合薄膜的制備與光電催化性能研究50-59

4.1 引言50

4.2 實(shí)驗(yàn)部分50-53

4.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑50-51

4.2.2 WO_3-TiO_2復(fù)合薄膜的制備51

4.2.3 光電催化實(shí)驗(yàn)51-53

4.3 結(jié)果與討論53-58

4.3.1 催化劑的表征53-55

4.3.1.1 X射線衍射(XRD)53-54

4.3.1.2 掃描電子顯微鏡(SEM)54-55

4.3.2 光電催化性能考察55-58

4.3.2.1 鎢摻雜量對(duì)催化劑活性的影響55-56

4.3.2.2 煅燒溫度對(duì)催化劑活性的影響56-57

4.3.2.3 不同處理?xiàng)l件下催化劑的催化活性57-58

4.4 結(jié)論58-59

參考文獻(xiàn)59-66

附錄66-67

致謝67

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