本文關鍵詞：基于黑色二氧化鈦的材料制備及性能研究

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【摘要】：隨著社會的發(fā)展和能源的消耗,環(huán)境污染問題越來越嚴重。半導體光催化劑是解決該問題的一個有效手段。二氧化鈦作為一種多功能半導體材料,具有無毒,廉價,耐腐蝕,有效利用紫外光光催化等優(yōu)異性質(zhì)。但是由于其高的禁帶寬度(銳鈦礦3.2e V)和快的電子空穴復合速率,使其光催化性能受到較大的限制。黑色二氧化鈦的出現(xiàn)極大的改善了傳統(tǒng)二氧化鈦的這兩個劣勢,使其在可見光照射下表現(xiàn)出較好的光催化性能。盡管如此,由于單一相的二氧化鈦很難滿足實際應用的需要,因此發(fā)展黑色二氧化鈦基的復合材料具有非常重要的理論和應用意義。根據(jù)現(xiàn)有的報道,黑色二氧化鈦的主要制備方法是通過氫氣還原,本文采用一種非氫化的簡單的方法成功制備出黑色二氧化鈦及黑色二氧化鈦基的復合材料,具體內(nèi)容如下:一.以鈦酸四丁酯為鈦源制備出黑色二氧化鈦。測試結(jié)果表明,該黑色二氧化鈦具有很強的可見光吸收能力和較低的電子空穴復合率,在可見光照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。并且,煅燒時的氣密性影響氧空位帶形成的位置,對光催化性能有極大的影響。二.利用制備黑色二氧化鈦過程中的膠狀物為二氧化鈦前驅(qū),將氧化石墨烯與其攪拌均勻,通過煅燒得到氧化石墨烯/核殼結(jié)構二氧化鈦復合物。相較于單一的黑色二氧化鈦,該復合物的可見光光催化性能有了較大的提高。并且在氮氣中煅燒時,二氧化鈦與氧化石墨烯可以成功的復合,而在空氣中煅燒時,氧化石墨烯作為碳源摻雜進入二氧化鈦。三.通過增加復合物的類別嘗試進一步提高光降解能力,以碳,硅,黑色二氧化鈦為前驅(qū),進行混合煅燒,成功制備出碳/硅/核殼結(jié)構二氧化鈦復合物。由于硅和二氧化鈦的交疊,二氧化鈦的核殼結(jié)構不能被HRTEM分辨,但是EPR和XPS的結(jié)果表明了它的存在。碳和硅的存在促進了電子和空穴的轉(zhuǎn)移和分離。二氧化鈦中大量的氧空位在抑制自身激發(fā)和轉(zhuǎn)移的電子的復合具有重要作用。三價鈦,碳和硅的協(xié)同作用造成了該復合物極好的可見光光催化活性。四.通過碳還原氧化鉍嘗試制備Bi_2O_3@Bi,利用鉍的等離子共振現(xiàn)象抑制二氧化鈦和氧化鉍的電子空穴復合。適量的碳和氧化鉍與黑色二氧化鈦前驅(qū)在氮氣氣氛下混合煅燒成功制備出C/Bi_2O_3@Bi/Ti O2@Ti O2-x復合物。該復合物具有好的可見光光降解能力。在空氣中煅燒時,由于碳容易在空氣中氧化,所以不能將氧化鉍還原為鉍。此外,根據(jù)XRD,拉曼,XPS的結(jié)果,碳摻雜進入復合物,并且Bi_2O_3-x被二氧化鈦包裹。五.通過改變煅燒前的前驅(qū)體,制備核殼結(jié)構二氧化鈦,并探究其形成機理。根據(jù)樣品間的對比發(fā)現(xiàn),尿素和鹽酸的比例決定了水解程度和所得二氧化鈦殼的厚度。
【關鍵詞】：黑色二氧化鈦 氧化石墨烯 碳 硅 氧化鉍 光催化
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ134.11
【目錄】：

• 摘要2-4
• Abstract4-9
• 第一章 研究背景9-20
• 1.1 引言9
• 1.2 光催化機理9-11
• 1.3 二氧化鈦改性研究11-12
• 1.3.1 貴金屬表面沉積法11
• 1.3.2 金屬/非金屬離子摻雜法11-12
• 1.3.3 半導體復合法12
• 1.4 黑色二氧化鈦發(fā)展研究概述12
• 1.5 研究內(nèi)容12-13
• 參考文獻13-20
• 第二章 黑色二氧化鈦的制備及性能研究20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗部分20-21
• 2.2.1 化學試劑20
• 2.2.2 實驗過程20-21
• 2.2.3 儀器表征21
• 2.3 結(jié)果分析21-30
• 2.3.1 X射線衍射和拉曼光譜分析21-22
• 2.3.2 X射線光電子能譜分析22-25
• 2.3.3 紅外光譜和飛行時間二次離子質(zhì)譜分析25-26
• 2.3.4 形貌分析26-27
• 2.3.5 紫外可見光譜和熒光光譜分析27-28
• 2.3.6 光催化降解與機理分析28-30
• 2.4 本章小結(jié)30
• 參考文獻30-33
• 第三章 GO/TiO_2@TiO_2-x復合材料的制備及性能研究33-46
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實驗部分34-35
• 3.2.1 化學試劑34
• 3.2.2 實驗過程34
• 3.2.3 儀器表征34-35
• 3.3 結(jié)果分析35-42
• 3.3.1 X射線衍射和拉曼光譜分析35-36
• 3.3.2 形貌分析36
• 3.3.3 紅外光譜與紫外可見光譜分析36-37
• 3.3.4 電子順磁共振37-38
• 3.3.5 X射線光電子能譜和熒光光譜分析38-40
• 3.3.6 光催化降解與機理分析40-42
• 3.4 本章小結(jié)42
• 參考文獻42-46
• 第四章 C/Si/TiO_2@TiO_2-x復合材料的制備及性能研究46-58
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實驗部分47-48
• 4.2.1 化學試劑47
• 4.2.2 實驗過程47-48
• 4.2.3 儀器表征48
• 4.3 結(jié)果分析48-54
• 4.3.1 X射線衍射和拉曼光譜分析48-49
• 4.3.2 形貌分析49-50
• 4.3.3 紅外光譜與紫外可見光譜分析50-51
• 4.3.4 電子順磁共振和X射線光電子能譜51-53
• 4.3.5 熒光光譜分析,光催化降解與機理分析53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 參考文獻55-58
• 第五章 Bi_2O_3@Bi/TiO_2@TiO_2-x/C復合材料的制備及性能研究58-68
• 5.1 引言58
• 5.2 實驗部分58-59
• 5.2.1 化學試劑58
• 5.2.2 實驗過程58-59
• 5.2.3 儀器表征59
• 5.3 結(jié)果分析59-64
• 5.3.1 X射線衍射和拉曼光譜分析59-60
• 5.3.2 X射線光電子能譜和電子順磁共振60-62
• 5.3.3 形貌分析62-64
• 5.3.4 熒光光譜分析和光催化降解64
• 5.4 本章小結(jié)64-65
• 參考文獻65-68
• 第六章 TiO_2@TiO_2-x材料的制備及形成機制研究68-77
• 6.1 引言68-69
• 6.2 實驗部分69-70
• 6.2.1 化學試劑69
• 6.2.2 實驗過程69
• 6.2.3 儀器表征69-70
• 6.3 結(jié)果分析70-75
• 6.3.1 X射線衍射和形貌分析70
• 6.3.2 光吸收和電子順磁共振70-71
• 6.3.3 X射線光電子能譜71-73
• 6.3.4 形成機制研究73-74
• 6.3.5 光催化表現(xiàn)74-75
• 6.4 本章小結(jié)75
• 參考文獻75-77
• 第七章 工作總結(jié)與展望77-79
• 7.1 工作總結(jié)77-78
• 7.2 展望78-79
• 致謝79-80
• 附錄80-81

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