以二氧化鈦（TiO2）為代表的光催化降解技術(shù)能夠直接利用太陽能處理廢水,具有重要的應(yīng)用前景。然而,受限于光生電荷復(fù)合率高和可見光吸收弱,TiO2基光催化劑對難降解有機污染物（如抗生素）無法實現(xiàn)可見光高效去除,即使在全光譜輻射下也很難將其完全降解。盡管構(gòu)建TiO2基異質(zhì)結(jié)光催化劑能有效地促進光生電荷的空間分離和光吸收,但是現(xiàn)有TiO2基異質(zhì)結(jié)仍存在低表面積以及低氧化還原活性位點的技術(shù)缺陷。尤其是當TiO2與強可見光吸收的金屬氧化物（如α-Fe2O3）構(gòu)成異質(zhì)結(jié)時,能級的匹配就成為制約高效異質(zhì)結(jié)光催化劑構(gòu)建的瓶頸。因此,本論文針對TiO2基異質(zhì)結(jié)存在低表面積、低氧化還原活性位點以及能級匹配問題,把中空/多孔結(jié)構(gòu)及限域效應(yīng)引入到TiO2基異質(zhì)結(jié)光催化劑的設(shè)計與合成中,構(gòu)建了三種高效的中空TiO2基異質(zhì)結(jié)光催化劑,其主要研究內(nèi)容如下:1.中空SiO2-Fe2O3＠TiO2限域型異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建及其降解抗生素廢水研究以陽離子聚苯乙烯微球（CPS）為模板,通過逐步法將Fe2O3包埋在中空內(nèi)層SiO2和外層TiO2之間的納米空間,制備出中空SiO2-Fe2O3@TiO2限域型異質(zhì)結(jié)光催化劑。與傳統(tǒng)表面負... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中國江水中抗生素的檢測

中空TiO2基異質(zhì)結(jié)光催化劑的構(gòu)建及其降解抗生素廢水研究2為消除難降解有機污染物的理想手段，具有重要的應(yīng)用前景[7]。在各種半導(dǎo)體中，二氧化鈦（TiO2）因礦化能力高、穩(wěn)定、無毒和儲量豐富等優(yōu)點成為最實用、普遍的光催化劑[8]。1.2二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu)及光催化機制1.2.1晶體結(jié)構(gòu)一般來說，半導(dǎo)體的物理、化學(xué)性質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)很大程度上取決于它的晶體結(jié)構(gòu)[9]。在自然界中，TiO2存在三種晶相：銳鈦礦、金紅石和板鈦礦，其中應(yīng)用于光催化最廣泛的是銳鈦礦和金紅石相TiO2[10]。如圖1.2TiO2晶體結(jié)構(gòu)所示，兩種相均由TiO6八面體組成，其晶體結(jié)構(gòu)取決于TiO6八面體的連接方式。銳鈦礦是由TiO6八面體共頂點組成，而金紅石則是由TiO6八面體共頂點且共邊組成[11]。不同的晶體具有其獨特的原子或離子的周期排列和相應(yīng)的配位環(huán)境及化學(xué)鍵合，從而形成了獨特的能帶結(jié)構(gòu)[12]。理論計算和實驗測量都表明它們的能帶排列不同。金紅石和銳鈦礦TiO2的帶隙分別為3.02和3.20eV。光吸收和電子-空穴對的產(chǎn)生都與半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)相關(guān)[13]。與銳鈦礦相比，金紅石的帶隙更窄，可以將其光吸收擴展到更長的波長[14]。然而，金紅石的光催化活性通常低于銳鈦礦，主要是由于銳鈦礦具有更強的氧化能力和表面吸附能力[11]。圖1.2TiO2不同相的晶體結(jié)構(gòu)：銳鈦礦（a），金紅石（b）。Figure1.2ThecrystalstructureofTiO2:anatase(a),rutile(b).

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文31.2.2光催化機制半導(dǎo)體是一種介于導(dǎo)體和絕緣體之間，具有一定導(dǎo)電性的材料。半導(dǎo)體獨特的電子特性在于其價帶（VB）和導(dǎo)帶（CB）。半導(dǎo)體的VB是由最高占據(jù)分子軌道（HOMO）的相互作用而成，而CB是由最低未占據(jù)分子軌道（LUMO）的相互作用而成[11]。在VB的頂部和CB的底部之間不存在電子態(tài)。CB和VB之間的能級范圍被稱為禁帶（也稱為能隙或帶隙），通常表示為Eg[15]。對于半導(dǎo)體光催化劑，其能帶結(jié)構(gòu)包括帶隙以及VB和CB位置是最重要的性能之一，因為它決定了半導(dǎo)體的光吸收特性以及氧化還原能力。如圖1.3所示，一個典型的光催化過程包含三個步驟：（i）催化劑受高于帶隙能量的光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對；（ii）電子和空穴分離并向催化劑表面遷移；（iii）在表面分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)[16]。特別的，以TiO2為例，在降解過程其引發(fā)的反應(yīng)[8]如下所示：(1)TiO2+hν→e-(TiO2)+h+(TiO2)(2)e-+O2→·O2-(3)h++H2O→·OH(4)h++OH-→·OH(5)h++·O2-+·OH+organicpollutant→CO2+H2O圖1.3典型的半導(dǎo)體光催化過程示意圖。Figure1.3Thetypicalprocessofphotocatalyticreactionsonsemiconductorphotocatalyst.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳-氮共改性中空二氧化鈦光催化劑的同步合成及其高效的光催化行為和循環(huán)穩(wěn)定性研究（英文）[J]. 肖穎冠,孫孝東,李霖昱,陳娟榮,趙仕東,蔣采國,楊露瑤,程黎,曹順生.  催化學(xué)報. 2019(05)



本文編號：3533237