【摘要】：近年來,基于環(huán)保的需求,利用半導(dǎo)體材料合成制備光催化劑的研究工作取得了一些重要成果。在眾多半導(dǎo)體材料中,二氧化鈦(TiO2)和磷酸銀(Ag3PO4)因存在著巨大的潛力而備受關(guān)注。然而,二氧化鈦受禁帶寬度(3.2 eV)限制,在可見光下活性較低,粉體在溶液中易形成膠體,難以重復(fù)利用;Ag3PO4化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定,易被還原成Ag單質(zhì)限制了其應(yīng)用發(fā)展。為此,本文針對TiO2和Ag3PO4兩種光催化劑的缺陷,利用原位沉淀法,制備了二元復(fù)合型催化劑Ag3PO4-TiO2,通過改變復(fù)合材料的形貌、與低水溶性的AgI復(fù)合以及離子摻雜等手段以期改善其光催化活性及穩(wěn)定性,具體研究工作如下:1、采用水熱法制備二氧化鈦納米帶(TNBs),研究了煅燒溫度對二氧化鈦納米帶形貌、晶型結(jié)構(gòu)和催化性能的影響;采用原位沉淀法,在二氧化鈦納米帶(TNBs)上負(fù)載Ag3PO4,以提高復(fù)合型催化劑的光催化活性。研究結(jié)果表明,二氧化鈦納米帶(TNBs)在600℃條件下進(jìn)行煅燒后,具有最優(yōu)催化活性;通過在二氧化鈦納米帶(TNBs)上負(fù)載Ag3PO4.構(gòu)成的二元復(fù)合型催化劑(Ag3PO4-TNBs)具有雙帶隙結(jié)構(gòu);當(dāng)Ag3PO4與TNBs的摩爾比為3:10時(shí),在模擬太陽光照射下,其催化效果最佳;與純Ag3PO4的相比,復(fù)合型催化劑的穩(wěn)定性提升了 39.2%;在催化體系中,空穴在降解羅丹明B的過程中起著主要的作用。2、針對二元復(fù)合型催化劑Ag3PO4-TNBs循環(huán)性能欠佳的問題,采用溶度積較低的AgI對Ag3PO4-TNBs進(jìn)行修飾,制備了三元復(fù)合型催化劑AgI-Ag3PO4/TNBs。研究表明,當(dāng)AgI與Ag3PO4摩爾比為3:5時(shí),三元復(fù)合型催化劑AgI-Ag3PO4/TNBs具有最佳的光催化效率;與二元復(fù)合型催化劑Ag3PO4-TNBs相比,三元復(fù)合型催化劑AgI-Ag3PO4/TNBs的穩(wěn)定性得到了明顯改善,五次循環(huán)后,降解率從原來的64.2%提升至85.8%;實(shí)驗(yàn)證實(shí)AgI可有效抑制Ag3PO4在溶液中的還原反應(yīng),有效提高三元復(fù)合型催化劑穩(wěn)定性;在催化體系中,起主要作用的是空穴和超氧自由基。3、采用水熱法,制備了三維結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米花TiO2(3D),研究了反應(yīng)條件對TiO2(3D)形貌的影響。結(jié)果表明,當(dāng)水熱保溫時(shí)間為14h,且溶劑為乙二醇時(shí),催化劑形貌最好;當(dāng)三維結(jié)構(gòu)的TiO2(3D)在600℃條件下煅燒后,具有最優(yōu)的催化活性;通過原位沉淀法,將摻雜硫酸根的Ag3PO4負(fù)載在三維結(jié)構(gòu)的TiO2(3D)表面上,制備了三維復(fù)合型催化劑Ag3PO4(S042-)-TiO2(3D)。研究表明,TiO2(3D)對控制 Ag3PO4(SO42_)粒徑起到很好效果;當(dāng)三維復(fù)合型催化劑中硫元素的原子比為0.59 at%時(shí),三維復(fù)合型催化劑可在20 min內(nèi)使羅丹明B降解率達(dá)到99.1%,并且循環(huán)5次后催化效果仍保持在87.6%。在催化過程中,空穴在降解過程中起主要作用。
【圖文】：

北京化工大學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文體光催化原理逡逑劑多為半導(dǎo)體材料，其能帶結(jié)構(gòu)是由價(jià)帶（Ｖａｌｅｎｃｅ邋Ｂａｎｄ，邋ＶＢ）ｎ邋Ｂａｎｄ，ＣＢ）組成，兩者之間的距離稱為禁帶寬度（Ｅｇ）。在沒有激上的電子受禁帶區(qū)域制約很難躍遷到導(dǎo)帶。當(dāng)入射光能量與材料于材料的禁帶寬度時(shí)，電子才會(huì)從價(jià)帶向?qū)нw移。價(jià)帶位置上帶正電的空穴，形成電子（ｅ＿）－空穴（ｈ＋）對〃４］。一部分空穴和半導(dǎo)體內(nèi)部復(fù)合，另一部分受催化劑內(nèi)部電場影響分離，遷移至。光生電子與環(huán)境中的溶解氧或氧化性物質(zhì)作用生成超氧自由基（帶有很強(qiáng)的氧化能力，會(huì)將催化劑表面吸附的有機(jī)污染物氧化成。羥基自由基氧化能力極強(qiáng)，，可以將任何有機(jī)物的化學(xué)鍵斷開，水和二氧化碳。以二氧化鈦半導(dǎo)體材料為例，解釋光催化反應(yīng)機(jī)下［１５１，機(jī)理圖見１－１所示。逡逑

逡逑值及溫度下的形貌轉(zhuǎn)變和晶型轉(zhuǎn)換的關(guān)系圖，如圖１－２所示。以制備二氧化鈦納米纖逡逑維為例，二氧化鈦原料在（１０邋ｍｏｌ／Ｌ）高濃度的氫氧化鈉溶液中，保持水熱溫度在１５０°Ｃ，逡逑反應(yīng)一定時(shí)間，再經(jīng)過酸洗水洗可得鈦酸納米纖維。后經(jīng)４００°Ｃ、７００°Ｃ、１０００°Ｃ溫度逡逑煅燒得到晶型分別為Ｔｉ０２－Ｂ、銳鈦礦相和金紅石相的二氧化鈦納米纖維。Ｗａｎｇ及其逡逑合作者［４７］將鈦粉為原料，以ＮａＯＨ和Ｈ２０２為溶劑，通過簡單的水熱法制備出了三維逡逑二氧化鈦納米花結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)由多個(gè)納米薄片自組裝而成，提供了超大的比表面積，逡逑可用作太陽能電池、生物傳感器以及催化劑應(yīng)用的支撐材料。這表明反應(yīng)過程中的工逡逑藝參數(shù)可以調(diào)控二氧化鈦的形貌，如反應(yīng)環(huán)境中的ｐＨ值，水熱溫度和保溫時(shí)間等。逡逑因此，不同形貌的二氧化鈦均可以在特定的條件下合成。逡逑Ｔｉｔａｎａｔｅ邋４00＞0邋？邋Ｔｉ０３－Ｂ邋７0ｑ°ｃ邋Ａｎａｔａｓｅ逡逑ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ邐ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ邐ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ逡逑Ｒｕｔｉｌｅ逡逑＾邐邐邋ｍｉｃｒｏｆｉｂｅｒｓ逡逑Ｔｉ０２邋邐逡逑Ｔｉｔａｎａｔｅ邐？Ｎａ＊邐Ｓｏｄｉｕｍ邋ｔｉｔａｎａｔｅ逡逑＾邋ｎａｎｏｔｕｂｅｓ邐－ｈ＊邐ｎａｎｏｔｕｂｅｓ逡逑Ｓｈｏｒｔ邋ｔｉｔａｎａｔｅ邋ｉ／邐Ｖｆ
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 李世超;高婷婷;周國偉;;三維分級結(jié)構(gòu)二氧化鈦納米材料的可控合成與應(yīng)用研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2015年12期

2 張志鋒;張洋洋;楊桂珍;朱亞輝;孫秀果;;異質(zhì)結(jié)構(gòu)在提高半導(dǎo)體光催化劑光生電子分離中的應(yīng)用[J];石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2015年03期

3 王巖巖;張儉;盛嘉偉;;高遮蓋力碳酸鈣/鈦白粉復(fù)合白色顏料研究[J];現(xiàn)代涂料與涂裝;2013年08期

4 蔣華麟;陳萍華;;溶膠-凝膠法制備納米材料研究進(jìn)展[J];廣東化工;2010年11期

5 孫鳳英;;納米TiO_2光催化降解汽車尾氣中的NO_x[J];東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年02期

本文編號：2635624