【摘要】： 光催化劑可以被廣泛用于環(huán)境保護(hù)、水的分解和太陽(yáng)能電池方面,其中金屬氧化物光催化劑以其良好的穩(wěn)定性而備受關(guān)注。本論文制備和研究了大量的金屬氧化物光催化劑,得到了很好的結(jié)果。 首先,利用自制的TiO_2納米顆粒通過(guò)水熱法成功合成了純的TiO_2納米管光催化劑。所合成的納米管外徑8-12nm,內(nèi)徑5-8nm,管長(zhǎng)最高可達(dá)500nm,比表面積200m2·g~(-1)左右,最大可達(dá)330m2·g~(-1),而TiO_2納米顆粒的比表面積僅為78m2·g~(-1)。選擇甲基環(huán)己烷作為目標(biāo)污染物測(cè)試TiO_2納米管的光催化活性,結(jié)果表明,與TiO_2納米顆粒相比,納米管光催化劑在相同反應(yīng)條件下加速了對(duì)甲基環(huán)己烷的降解,并且它的光催化氧化降解反應(yīng)符合Langmuir-Hinshelwood方程,在動(dòng)力學(xué)上為一級(jí)反應(yīng)。通過(guò)研究不同金屬離子摻雜對(duì)TiO_2納米管光催化性能的影響,發(fā)現(xiàn)摻雜W~(6+)的TiO_2納米管與純的TiO_2納米管相比能明顯提高光催化降解甲苯的效率,并且W~(6+)的摻雜濃度存在一個(gè)最佳值。 為了進(jìn)一步提高光催化劑的活性,本文在更廣的范圍內(nèi)尋找高效金屬氧化物光催化劑。實(shí)驗(yàn)中,以濃度為0.1mol·L~(-1)不同的金屬鹽的乙二醇溶液作為前驅(qū)體,通過(guò)一個(gè)壓電溶液分液器將它們按照預(yù)先設(shè)定好的金屬原子個(gè)數(shù)比例制備在F摻雜的SnO_2(FTO)導(dǎo)電玻璃表面,形成光催化劑陣列。制備好的陣列以1℃·min~(-1)的升溫速度置于馬弗爐中在500℃下焙燒3小時(shí)制成樣品。通過(guò)一根直徑為400μm的光纖和掃描電化學(xué)顯微鏡分別在紫外光和可見光照射下于0.1mol·L~(-1)Na2SO3/0.1mol·L~(-1)Na_2SO_4電解質(zhì)溶液中掃描其光電流,結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)Sn摻雜Cd-In-Bi、Zn-In和W-Cd氧化物光催化劑分別以最佳配比混合時(shí),能比它們相應(yīng)的單一金屬氧化物光催化劑產(chǎn)生更大的光電流。接著,將上述光纖替換為一個(gè)金環(huán)封裝的光纖,用來(lái)在0.1mol·L~(-1)的Na_2SO_4溶液中進(jìn)行光催化氧化OH-的反應(yīng)并測(cè)量其反應(yīng)產(chǎn)物。另外,利用噴霧覆蓋法(Spray Coating)將以最佳配比混合的光催化劑分制成薄膜電極并用來(lái)在0.1mol·L~(-1)Na_2SO_4溶液中進(jìn)行分解水的研究。在紫外光照射下,Zn-In和W-Cd氧化物比Sn摻雜Cd-In-Bi氧化物具有更高的光學(xué)活性。另外,在可見光下這兩種光催化劑在光催化氧化水制備氧氣的過(guò)程中也展現(xiàn)了良好的光響應(yīng)能力。最后,實(shí)驗(yàn)還在0.2mol·L~(-1)NaOH溶液中測(cè)量了Zn-In和W-Cd氧化物光催化劑的光電轉(zhuǎn)化效率、帶隙和導(dǎo)帶位置。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：O643.3;X701
【圖文】：

- 2 -圖 1-1 光催化基本原理示意圖igure 1-1 Schematic drawing of the principle of photocatalytic react

Figure 1-2 Schematic diagram of band gap position圖 1-2 光催化劑的價(jià)帶示意圖Figure 1-2 Schematic diagram of band gap position一般認(rèn)為，上述光催化過(guò)程可以由如下機(jī)理方程來(lái)表示[36,37]（1）初級(jí)過(guò)程形成荷電載流子：：

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2732622