發(fā)布時間：2017-06-24 17:06

  本文關(guān)鍵詞：TiO_2納米結(jié)構(gòu)、復合及其光催化性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：二氧化鈦因其具有化學性質(zhì)穩(wěn)定、抗光腐蝕、無毒和低成本等特點，在利用太陽能的光伏電池、光催化分解水、光催化降解有機物等方面有廣泛的應(yīng)用和科學研究價值。然而，TiO2是寬帶隙半導體，只能吸收有限紫外光，且光生電子-空穴對容易復合，光量子效率低，限制了其在光電催化領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，針對二氧化鈦光量子效率偏低和光響應(yīng)范圍較窄的問題，本文主要通過合成不同二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)、對其進行微結(jié)構(gòu)調(diào)控、Ti3+自摻雜改性、貴金屬和半導體復合等途徑，拓展二氧化鈦可見光響應(yīng)、增強其光催化活性，并進一步對光催化活性機理進行分析，為設(shè)計、開發(fā)高效納米光催化劑提供借鑒與參考。 以鈦酸四丁酯（TBOT）與三氯化鈦（TiCl3）為鈦源，通過溶劑熱反應(yīng)制備了7nm左右的銳鈦礦TiO2納米顆粒。通過改變不同鈦源，實現(xiàn)了Ti3+的自摻雜，Ti3+的存在不僅提高了TiO2的可見光響應(yīng)，并且作為電子捕獲劑提高界面電子轉(zhuǎn)移速率，使光催化效率得到增強。通過優(yōu)化不同鈦源的比例，得到TBOT與TiCl3為3:2配比合成的TiO2光催化效率最好。在此基礎(chǔ)上進一步進行窄帶隙CdS的復合得到CdS/TiO2復合納米顆粒。這種復合結(jié)構(gòu)不僅提高可見光響應(yīng)能力，并且促使表面電荷快速分離，系統(tǒng)地考察了CdS的復合量對光催化效果的影響。結(jié)果表明復合量為8%時催化降解速度最優(yōu)，為純TiO2的1.5倍。 采用低成本的液相法制備出大量厚度約為5nm左右的二維TiO2超薄片，并系統(tǒng)研究了退火溫度對TiO2超薄片晶體結(jié)晶度和光催化產(chǎn)氫性能的影響。結(jié)果表明隨著退火溫度的提高TiO2超薄片結(jié)晶度增加，然而光催化產(chǎn)氫性能卻顯著下降。通過電子順磁共振分析得知對于未退火TiO2超薄片光誘導可以產(chǎn)生大量表面Ti3+，而退火后的樣品表面Ti3+則大大減弱，從而導致其光催化產(chǎn)氫性能卻顯著下降。在對CdSe量子點尺寸、吸收峰和熒光峰精確調(diào)控的基礎(chǔ)上，我們進一步將TiO2超薄片與CdSe半導體量子點進行復合。結(jié)果表明太陽光輻照下，復合窄帶CdSe半導體量子點后其光催化產(chǎn)氫速率有顯著的提升。表觀量子效率及電子順磁共振分析結(jié)果表明CdSe的復合，使得可見光激發(fā)CdSe產(chǎn)生的光生電子可以轉(zhuǎn)移到TiO2生成表面Ti3+并參與表面反應(yīng)，從而極大的促進了其催化效率。我們進一步通過電子順磁共振研究了TiO2超薄片與CdSe量子點復合樣品光催化產(chǎn)氫的催化機理，結(jié)果表明表面Ti3+對于H自由基產(chǎn)生具有高的催化活性，然而由于Pt對H自由基的吸附能高于TiO2，，因而Pt則對H2產(chǎn)生具有更高的催化活性。 通過高溫油相方法合成出暴露{001}活性面的單一銳鈦礦相TiO2納米晶。通過調(diào)控表面活性劑的種類和比例可以調(diào)控暴露{001}活性面的程度，從而得到菱形與方形兩種形貌TiO2納米晶。并將上述暴露{001}面的TiO2納米晶與貴金屬納米晶進行復合，通過改變前驅(qū)體濃度、反應(yīng)溫度、表面處理方式制備出了不同尺寸的貴金屬納米晶，并實現(xiàn)了貴金屬TiO2納米晶的異質(zhì)復合。通過將暴露高活性面的TiO2納米晶與具有表面等離激元的貴金屬納米晶復合有望提高TiO2光催劑的效率。
【關(guān)鍵詞】：二氧化鈦 納米結(jié)構(gòu) 半導體復合 超薄片 表面Ti3+缺陷 光催化
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：O614.411;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 納米 TiO_2光催化材料13-15
• 1.2.1 TiO_2的晶體結(jié)構(gòu)13-14
• 1.2.2 TiO_2的光催化機理14-15
• 1.2.3 TiO_2納米結(jié)構(gòu)調(diào)控研究15
• 1.3 提高二氧化鈦光催化活性的有效途徑15-19
• 1.3.1 微結(jié)構(gòu)調(diào)控16-17
• 1.3.2 可見光拓展 TiO_217-19
• 1.4 本論文的主要工作19-22
• 第2章 二氧化鈦納米粒子的合成、復合及光催化性能研究22-34
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實驗材料、樣品表征及性能測試23-25
• 2.2.1 實驗材料23
• 2.2.2 樣品表征23-25
• 2.2.3 光催化降解甲基藍性能測試25
• 2.3 TiO_2納米粒子的水相合成及其光催化性能研究25-29
• 2.3.1 Ti~(3+)自摻雜 TiO_2納米粒子的可控制備25-26
• 2.3.2 TiO_2納米粒子的光催化降解活性26
• 2.3.3 Ti~(3+)自摻雜 TiO_2納米粒子的表征26-29
• 2.4 CdS/TiO_2復合納米粒子的合成及光催化性能研究29-33
• 2.4.1 CdS/TiO_2復合納米粒子的制備29
• 2.4.2 CdS/TiO_2復合納米粒子的光催化降解活性研究29-30
• 2.4.3 CdS/TiO_2復合納米粒子的表征30-32
• 2.4.4 CdS/TiO_2復合納米粒子的光催化性能評價32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 二氧化鈦納米超薄片合成、復合及光催化性能表征34-52
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實驗材料、樣品表征及性能測試35-37
• 3.2.1 實驗材料35-36
• 3.2.2 樣品表征36-37
• 3.2.3 性能測試37
• 3.3 CdSe/TiO_2復合納米超薄片的液相合成37-39
• 3.3.1 TiO_2納米超薄片的合成37
• 3.3.2 含 MPA 的 CdX/TiO_2（X=S、Se）復合納米超薄片的制備37-38
• 3.3.3 不含巰基丙酸（MPA）的 CdSe/TiO_2復合納米超薄片的制備38-39
• 3.4 CdSe/TiO_2復合納米超薄片的表征39-48
• 3.4.1 TiO_2超薄片的表征39-40
• 3.4.2 CdSe 量子點的調(diào)控與表征40-42
• 3.4.3 CdSe/TiO_2復合納米超薄片的表征42-43
• 3.4.4 CdSe/TiO_2復合納米超薄片的光催化性能評價43-48
• 3.5 CdSe/TiO_2復合納米超薄片的光催化機理分析48-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第4章 晶面可控二氧化鈦納米晶合成及貴金屬復合52-68
• 4.1 引言52-53
• 4.2 實驗材料及樣品表征53-54
• 4.2.1 實驗材料53-54
• 4.2.2 樣品表征54
• 4.3 高活性面 TiO_2的油相合成及表征54-57
• 4.3.1 菱形 TiO_2納米晶的制備54-55
• 4.3.2 高活性面 TiO_2的表征55-57
• 4.4 貴金屬/菱形 TiO_2納米晶的復合調(diào)控57-63
• 4.4.1 Au/菱形 TiO_2納米晶的復合調(diào)控57-59
• 4.4.2 Ag/菱形 TiO_2納米晶的復合調(diào)控59-61
• 4.4.3 Au/Ag/菱形 TiO_2納米晶的復合調(diào)控61-63
• 4.5 Au/方形 TiO_2納米片的復合調(diào)控63-66
• 4.5.1 實驗部分63
• 4.5.2 結(jié)果與討論63-66
• 4.6 本章小結(jié)66-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻70-78
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單78-79
• 致謝79

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 霍愛群,譚欣,叢培君,馬春有;納米TiO_(2-x)光催化膜中的缺陷結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系初探[J];化學通報;1998年11期

2 劉只欣;于迎春;劉建軍;左勝利;;AgBr/TiO_2異質(zhì)結(jié)型復合可見光催化劑的制備及其光催化活性[J];化學研究;2010年03期

3 范崇政,肖建平,丁延偉;納米TiO_2的制備與光催化反應(yīng)研究進展[J];科學通報;2001年04期

  本文關(guān)鍵詞：TiO_2納米結(jié)構(gòu)、復合及其光催化性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：478856