納米二氧化鈦（nano-TiO₂）以其比表面積高、光生空穴氧化能力強(qiáng)、豐度大、無毒、穩(wěn)定性好等獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì),在環(huán)境光催化領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。但是,仍然存在一些問題限制TiO₂光催化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和實(shí)用化進(jìn)程。例如,nano-TiO₂禁帶寬度大（3.2 e V）,難以利用可見光。Nano-TiO₂光生載流子復(fù)合率高,量子效率較低。此外,在nano-TiO₂進(jìn)入懸浮水環(huán)境進(jìn)行光催化反應(yīng)時(shí),對期表面化學(xué)狀態(tài)的改變以及由此引起的光催化性能變化,我們也缺乏足夠的了解。為了應(yīng)對上述問題,本研究從nano-TiO₂的制備著手,進(jìn)行了如下兩方面的研究工作:（1）采用溶膠-水熱法,在不同水熱溫度下,合成了一系列的表面羧基配體（SALs）和表面氧空位缺陷（SOVDs）共存的nano-TiO₂光催化劑。nano-TiO₂的SOVDs被SALs所覆蓋的,且SALs以雙齒螯合和雙齒橋聯(lián)兩種模式與nano-TiO₂

【文章來源】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

TiO2不同晶相的幾何結(jié)構(gòu)

內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-2光催化過程原理圖Figure1-2Schematicdiagramofthephotocatalyticprocess.TiO2光催化是一個(gè)光子驅(qū)動的多個(gè)基本步驟的反應(yīng)過程[23]，包含如下三個(gè)主要步驟（如圖1-2）：1、等于或大于光催化劑帶隙（Eg）的光被吸收，從而產(chǎn)生電子-空穴對；2、電子-空穴對分離成自由電子和自由空穴，然后遷移到反應(yīng)表面[24]；3、自由電子/空穴被轉(zhuǎn)移到被吸附的分子上，進(jìn)一步進(jìn)行還原/氧化反應(yīng)[25]。1.3.3TiO2光催化劑的制備方法考慮到TiO2的優(yōu)異性能，TiO2在光催化領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，同時(shí)，TiO2材料也是商業(yè)應(yīng)用程度較高的金屬氧化物，并被用于各種研究領(lǐng)域。因此該材料的制備方法受到科研工作者的廣泛關(guān)注。TiO2的制備方法主要分為液相法和氣相法。1、液相法TiO2的液相制備方法包括溶膠-凝膠法、水熱法和溶劑熱法。（1）溶膠-凝膠法溶膠-凝膠法主要是由無機(jī)或有機(jī)金屬經(jīng)過水解反應(yīng)形成溶膠，隨后溶膠聚合形成凝膠，然后將凝膠干燥、研磨最終得到我們所需要的產(chǎn)品[26]。該方法制備條件溫和，制備工藝簡單，也經(jīng)常用于制備玻璃、陶瓷等產(chǎn)品。Puga等人報(bào)道了以鈦酸異丙酯為前驅(qū)體，采用溶膠-凝膠法結(jié)合微波活化合成介孔TiO2納米片，該催化劑對羅丹明B和咖啡因表現(xiàn)出良好的降解性能[27]。（2）水熱法水熱法是指在高溫密閉系統(tǒng)及水性溶劑中通過非均相化學(xué)反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物，反應(yīng)過程包括晶體生長、晶體轉(zhuǎn)換和相平衡等過程。與溶膠-凝膠法不同的是，水熱法需在高溫高壓條件下進(jìn)行，可通過控制pH、溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件來調(diào)控產(chǎn)物晶型、形貌、表面化學(xué)等。Nguyen等人以鈦酸異丙酯為前驅(qū)體，在酸性、中性和堿性介質(zhì)中，采用水熱法合成了不同TiO2光催化劑，這些光催化劑對肉桂酸表現(xiàn)出良好的降解效果[28]。

第2章羧基配體缺陷納米TiO2及其光催化性能152.4結(jié)果與討論2.4.1XRD與Raman分析圖2-1所制備樣品的（a）XRD圖譜和（b）拉曼光譜。放大的拉曼光譜范圍在200-100cm-1。Figure2-1(a)XRDpatternsand(b)Ramanspectraoftheas-preparedsample.AnexpandedpartoftheRamanspectraintherangeof200-100cm-1inshownintheinset.圖2-1(a)為制備樣品的XRD圖譜，衍射峰歸屬于銳鈦礦相(JCPDSNo.99-0008)。TiO2的其它晶型如金紅石、板鈦礦未被發(fā)現(xiàn)。隨著水熱溫度的升高，各衍射峰的強(qiáng)度逐漸增大，結(jié)晶度提高，晶格缺陷減少。AT-150I的(101)峰強(qiáng)度略高于AT-150樣品，這應(yīng)該歸因于AT-150樣品中的SALs與TiO2界面上的X射線界面散射效應(yīng)[82,83]。下面的ATR-FTIR表征結(jié)果將進(jìn)一步證實(shí)SALs的存在。樣品的納米晶尺寸由Scherrer方程計(jì)算，結(jié)果如表2-2所示。可以看出，隨著水熱溫度的升高，納米晶的尺寸有所增加，說明強(qiáng)化水熱過程會顯著促進(jìn)納米晶的生長。然而，納米晶的尺寸仍然相對偏小，這可能是由于乙酸的配位抑制了鈦前體的結(jié)晶過程[66]。所得樣品的BET比表面積是根據(jù)N2吸附-脫附等溫線計(jì)算得到的，并與納米晶尺寸和孔徑數(shù)據(jù)匯總在表2-2中。所有樣品的N2吸附-脫附等溫線（圖2-2）均顯示出典型的Ⅳ型吸附等溫線和H2型遲滯回線，這表示介孔的存在[84,85]。孔徑分布曲線（圖2-3）和表2-2的孔徑數(shù)據(jù)進(jìn)一步證實(shí)了這一結(jié)果。隨著水熱溫度的升高，納米晶的生長導(dǎo)致顆粒尺寸和孔徑增大，BET比表面積減校因此，較高的水熱溫度不利于獲得較小的納米晶尺寸和較高的BET比表面積。此外，可以看出AT-150樣品的粒度比AT-150I樣品的粒度校這個(gè)結(jié)果應(yīng)該歸因于X射線的界面散射，導(dǎo)致AT-150樣品(101)峰的峰值強(qiáng)度略低，半峰寬略寬，計(jì)算出的粒徑值較校值得注意的是，與AT-150I?

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本文編號：3118722