本文選題：二氧化鈦 + 氟改性�。� 參考：《四川農業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：環(huán)境問題日益嚴重,尋求一種經濟高效的環(huán)境治理方法迫在眉睫。作為半導體光催化技術的代表——二氧化鈦,常用于降解有機污染物,因為其具有比其他材料更穩(wěn)定的化學性能、成本更低、更安全、并且無毒害作用。然而,銳鈦礦型二氧化鈦存在至今也很難完全解決的兩個難點：一方面是不能有效利用自然界的太陽能,主要原因是由于二氧化鈦光催化劑的有比較寬的禁帶寬度,對可見光的利用率極低,通常只能被波長小于387 nm的紫外光激發(fā),才能表現(xiàn)出其獨特的光催化性能。眾所周知,在自然界中,太陽光中只有微乎其微的紫外光,大概只有3%-4%。若能解決這個問題,那么Ti02光催化技術大規(guī)模的應用于實際則指日可待。第二方面主要是材料本身光催化性能的局限性。Ti02雖然能被紫外光高效的激發(fā),但是在光催化過程中產生的光生電子和空穴的復合速率極高,導致能有效提高光催化效率的光量子的產率很低。本論文從提高Ti02在模擬太陽光下的光催化反應效率入手,采用溶膠-凝膠法與有氧、無氧煅燒方式的結合,通過引入氟離子修飾,以及借助碳離子的摻雜,研究了在制備過程中的溶液的pH、抑制劑的選擇、反應溫度的控制、摻雜氟源含量量、煅燒方式的選擇、煅燒溫度和煅燒時間的控制上對F-TiO2、CF-TiO2吸附、光催化活性的影響,以此確定各個因素的最優(yōu)配比。然后通過各種材料表征方法,研究了材料的形貌、結構、元素組成、光學吸收特性等特征,并初步探討了CF-TiO2各自優(yōu)越性能的相關機制,通過一系列的實驗和表征分析,獲得了以下研究成果：(1)采用溶膠-凝膠法+有氧煅燒方式制備F-TiO2,通過對材料進行吸附、光催化性能研究得出制備的F-TiO2最佳條件：調節(jié)制備液A液的pH為5,選擇無水乙酸作為過程的水解抑制劑,在室溫25℃下反應,加入NaF摻雜量為n F/Ti=0.1,煅燒溫度選取600℃,煅燒時間1h。(2) F-TiO2復合物中,Ti02納米粒子分散較均勻,是典型的銳鈦礦結構,晶粒尺寸16.89 nm。F原子替換Ti02表面的-OH化學吸附在Ti02表面,促進了Ti3+的產生。在導帶下方形成氧空位能級,使禁帶寬度變窄為2.75 eV,促進了其對可見光的吸收,并且降低了Ti02光生電子-空穴對的復合率,表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。(3)采用溶膠-凝膠法+無氧煅燒方式制備CF-TiO2,通過對材料進行吸附、光催化性能研究得出制備的F-Ti02最佳條件：NaF摻雜量為n F/Ti=0.1,煅燒溫度選取700℃。(4) CF-TiO2復合物中,TiO2納米粒子呈現(xiàn)不規(guī)則的塊狀結構,顆粒分散性較好；具有混晶結構銳鈦礦(97.08%)和金紅石(2.92%)。具有多孔結構,比表面積大。C摻入品格,F原子替換表面的-OH化學吸附在TiO2表面,促使Ti3+的產生。C2p和O2p原子軌道雜化產生位于TiO2價帶上方的碳雜化能級,氧空位在導帶下方形成氧空位能級,這兩個雜質能級使CF-TiO2禁帶寬度變窄為2.50 eV。氟離子的引入抑制TiO2光生電子-空穴對的復合,CF-TiO2表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。
[Abstract]:As a representative of semiconductor photocatalytic technology, titanium dioxide is often used to degrade organic pollutants, because they have more stable chemical properties than other materials, which are cheaper, safer and less toxic. However, anatase type two oxygen can be used. Titanium dioxide has two difficulties that have been difficult to solve completely. On the one hand, it is not effective to use the solar energy in nature. The main reason is that the titanium dioxide photocatalyst has a wide band gap, the utilization rate of visible light is very low, and it can only be excited by ultraviolet light less than 387 nm, in order to show its unique light. As we all know, in the nature, there is only a small ultraviolet light in the sun, and only 3%-4%. can solve this problem. Then Ti02 photocatalytic technology is applied in a large scale. The second aspect is mainly the limitation of the photocatalytic performance of the material itself, although it can be efficiently stimulated by ultraviolet light. However, the recombination rate of photoelectrons and holes produced in the photocatalytic process is very high, which leads to the low yield of the photons which can effectively improve the photocatalytic efficiency. This paper starts with the improvement of the photocatalytic reaction efficiency of Ti02 in the simulated solar light, by combining the sol-gel method with aerobic and anaerobic calcination, through the introduction of fluorine ions. Modification, and with the aid of carbon ion doping, the pH of the solution, the selection of the inhibitor, the control of the reaction temperature, the content of the doped fluorine source, the selection of the calcining mode, the influence of the calcining temperature and the calcining time on the F-TiO2, the CF-TiO2 adsorption and the photocatalytic activity were studied to determine the optimal ratio of each factor. Through a variety of material characterization methods, the morphology, structure, element composition and optical absorption characteristics of the material are studied, and the relevant mechanisms of CF-TiO2's superior properties are preliminarily discussed. Through a series of experiments and characterization analysis, the following research results are obtained: (1) the preparation of F-TiO2 by the sol-gel method and the oxygen calcination method is used. The best conditions for the preparation of F-TiO2 are obtained by the study of the photocatalytic properties. The pH of the prepared liquid A solution is 5, the hydrolytic inhibitor of the anhydrous acetic acid is selected as the hydrolysis inhibitor, the reaction at room temperature is 25 degrees C, the doping amount of NaF is n F/Ti=0.1, the calcining temperature is 600, and the calcining time 1h. (2) F-TiO2 complex, and the dispersion of the Ti02 nanoparticles is more dispersed. Even, it is a typical anatase structure. The -OH chemically adsorbed on the surface of the Ti02 surface with grain size of 16.89 nm.F atoms adsorbs on the surface of the Ti02 and promotes the production of Ti3+. The oxygen vacancy level is formed under the guide band, and the band gap is narrowed to 2.75 eV, which promotes the absorption of the visible light and reduces the recombination rate of the Ti02 photoelectron hole pair. Excellent photocatalytic properties. (3) CF-TiO2 was prepared by sol-gel and anaerobic calcination. Through the adsorption of materials, the best conditions for the preparation of F-Ti02 were obtained by the study of photocatalytic properties: the amount of NaF doping was n F/Ti=0.1, the calcination temperature was selected at 700. (4) CF-TiO2 complex, TiO2 nanoparticles presented irregular lump structure, particles The dispersivity is good, with mixed crystal structure of anatase (97.08%) and rutile (2.92%). It has a porous structure, a larger.C than the surface area, and the -OH chemical adsorption on the surface of the F atom is adsorbed on the surface of the TiO2, causing Ti3+ to produce.C2p and O2p atom orbitals to produce the carbon hybrid energy level above the TiO2 valence band, and the oxygen vacancy is formed under the guide band. Oxygen vacancy level, these two impurity levels make the band gap of CF-TiO2 narrow to 2.50 eV. fluorine ions to inhibit the recombination of TiO2 photoelectron hole pair, and CF-TiO2 shows excellent photocatalytic performance.
【學位授予單位】：四川農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ134.11;O643.36

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本文編號：1935732