隨著人們對環(huán)境保護(hù)和清潔能源開發(fā)越來越重視,污水處理問題成了當(dāng)今治理環(huán)境的重大問題之一。光催化技術(shù)在治理環(huán)境污染領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊,且因該技術(shù)高效節(jié)能環(huán)保被廣泛關(guān)注。第一代半導(dǎo)體光催化劑二氧化鈦,因安全無毒、高穩(wěn)定性、低成本和強(qiáng)氧化能力而被認(rèn)為是最具前景的光催化劑。但由于二氧化鈦對太陽光利用率低、光生載流子易復(fù)合,致使其光催化活性低,這些局限性的存在限制了二氧化鈦在能源和環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本文通過表面活性劑（聚乙二醇）、離子摻雜（氮摻雜）和形貌調(diào)控劑（氫氧化鉀）改性處理二氧化鈦,以達(dá)到提高其光催化性能的目的。通過單因素實(shí)驗(yàn)探究各工藝參數(shù)對二氧化鈦光催化性能的影響,確定了最佳工藝參數(shù),并對改性處理的二氧化鈦進(jìn)行了機(jī)理分析。具體工作如下:（1）以鈦酸四丁酯為鈦源,聚乙二醇（分子量為4000和10000）為表面活性劑,無水乙醇為溶劑,冰醋酸為抑制劑,通過溶膠-溶劑熱法結(jié)合煅燒處理制備聚乙二醇修飾的二氧化鈦。對比分析聚乙二醇（分子量為4000和10000）修飾的二氧化鈦和未加入聚乙二醇的二氧化鈦（純二氧化鈦）,在晶粒尺寸、比表面積、形貌、光催化性能等方面的差異。通過單因素實(shí)驗(yàn)探究了不同分子量的... 

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TiO2的四種晶體結(jié)構(gòu)單元

第1章緒論3數(shù)量非常有限[15-22]，這可能是迄今為止板鈦礦型TiO2在光催化領(lǐng)域未引起人們對其產(chǎn)生興趣的原因。研究發(fā)現(xiàn)青銅礦型TiO2的光電活性和比表面積要高于銳鈦礦型和金紅石型TiO2，因此其可能用作鋰離子電池的負(fù)極材料[23-24]。TiO2是多晶型結(jié)構(gòu)，不同的晶型有不同的性能優(yōu)勢，所以在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)不同的需求選擇不同晶型的TiO2。1.3二氧化鈦的制備方法1.3.1液相法常見的TiO2液相合成法包括水熱法、溶劑熱法、溶膠-凝膠法和共沉淀法。水熱法通常在不銹鋼容器中進(jìn)行，是最常用于一維納米結(jié)構(gòu)精細(xì)加工的方法。在高溫（高于水的沸點(diǎn)）下，材料從水溶液中生長，從而產(chǎn)生高壓力，試劑與待注入的前驅(qū)體在溶劑中混合，加速了前驅(qū)體的溶解并且增加了前驅(qū)體與試劑之間的反應(yīng)速率。水熱法具備很多優(yōu)勢，比如成本和能耗低、設(shè)備簡單、化學(xué)均質(zhì)性和分散性高。田等人[25]通過水熱法制備出了不同的一維納米結(jié)構(gòu)的TiO2，包括納米管[26]、納米棒[27]、納米帶[28]以及納米線[29]，如圖1.2所示。圖1.2水熱法合成不同形態(tài)的一維TiO2納米結(jié)構(gòu)：TiO2納米管（a，b），TiO2納米棒（c，d），TiO2納米帶（e，f），TiO2納米線（g，h）[25-29]Fig.1.2Differentmorphologytypesof1DTiO2nanostructuressynthesizedbyhydrothermalmethods:TiO2nanotubes(a,b),TiO2nanorods(c,d),TiO2nanobelts(e,f),TiO2nanowires(g,h)[25-29]溶劑熱法與水熱法相似，唯一不同的是水熱法的溶劑為水，溶劑熱法的溶劑為有機(jī)溶劑。溶劑熱合成法是在高溫高壓下從高壓釜中的非水溶液中生長單晶的方法。通

第1章緒論5氣相沉積（PECVD）的銳鈦礦型TiO2薄膜的沉積速率比低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD）的高三倍。原子層沉積（ALD）是超薄層的氣相沉積方法，基于氣相中兩個絕對分離的自限反應(yīng)而發(fā)生。這兩個自限反應(yīng)需要在一個包含四個循環(huán)步驟的反應(yīng)中進(jìn)行，如圖1.3所示。這四個反應(yīng)步驟如下：步驟（1）將第一前體引入沉積室與襯底表面反應(yīng)形成化學(xué)吸附層和物理吸附層；步驟（2）為消除物理吸附層和反應(yīng)副產(chǎn)物；步驟（3）引入第二前體與第一前體和基材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，與步驟1一樣，形成化學(xué)吸附層和物理吸附層；步驟（4）吹掃以消除反應(yīng)的物理吸附層和副產(chǎn)物。在光催化領(lǐng)域，通過原子層沉積工藝已經(jīng)制備出多種納米結(jié)構(gòu)的TiO2基材料，比如ZnO-TiO2核-殼結(jié)構(gòu)[40]、Pt-TiO2納米粒子[41]、Zn2TiO4納米線[42]等。圖1.3原子層沉積的生長過程[43]Fig.1.3GrowthprocessofALD[43]1.4二氧化鈦的改性處理雖然TiO2是眾多半導(dǎo)體光催化劑中使用較多的材料，但是TiO2的禁帶寬度較大（理論上銳鈦礦3.2eV，金紅石3.0eV），導(dǎo)致其對太陽光的利用率較低（約5%）且對紫外光較敏感；另一方面光生電子和空穴易復(fù)合，量子效率低；這些存在的局限性限制了TiO2在光催化領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。針對此難題，研究人員們嘗試對TiO2進(jìn)行改性處理，通過抑制光生電子和空穴的復(fù)合、拓寬光響應(yīng)范圍至可見光區(qū)域以達(dá)到提高TiO2的光催化性能的目的。常見的TiO2改性方法包括離子摻雜、形貌調(diào)控、半導(dǎo)體復(fù)合及

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]制漿造紙廢水的生物強(qiáng)化處理及廢棄物發(fā)酵生物沼氣的研究[D]. 陳洪雷.華南理工大學(xué) 2011



本文編號：3239618