本文關(guān)鍵詞：納米TiO_2基催化劑的制備及光電催化性能研究

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【摘要】：Ti O2基半導(dǎo)體催化劑具有催化活性高、氧化性強(qiáng)、耐光腐蝕性、無毒、成本低等優(yōu)點(diǎn),在光催化領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注。Ti O2基半導(dǎo)體催化劑的微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性等物理性能的對其光催化性能有著至關(guān)重要的影響。然而,對于不同結(jié)構(gòu)Ti O2納米材料物理性能與其光催化活性之間關(guān)系的研究還不盡詳實(shí)。本文針對上述問題,系統(tǒng)性地研究了Ti O2納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度大小對其光催化降解苯酚性能的影響,并研究了Ti O2納米管的微觀形貌對其光催化及光電催化性能的影響,通過對Ti O2納米管進(jìn)行負(fù)載改性,用簡單工藝制備出了成本低廉、穩(wěn)定性好、催化活性高的光催化裂解水產(chǎn)氫催化劑。研究結(jié)果對提高Ti O2基納米材料的催化性能具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義及應(yīng)用價值。針對Ti O2納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度不易單獨(dú)控制的問題,采用超臨界流體合成方法制備了一系列具有不同粒徑和結(jié)晶度的銳鈦礦納米顆粒,其中粒徑系列樣品的粒徑由6.6nm提高到了26.6nm,結(jié)晶度保持在82%左右,結(jié)晶度系列樣品的結(jié)晶度由12.6%提高到82.0%,粒徑大小均為~9.2nm;選用苯酚為模型分子,研究了粒徑和結(jié)晶度大小對Ti O2納米顆粒光催化性能的影響,結(jié)果表明,Ti O2納米顆粒粒徑的增大可明顯提高其光催化降解苯酚的反應(yīng)效率,而結(jié)晶度的變化對其光催化活性幾乎沒有影響;通過對苯酚降解反應(yīng)過程中中間產(chǎn)物的生成與降解速率進(jìn)行跟蹤研究發(fā)現(xiàn),Ti O2納米顆粒粒徑的提高可有效抑制中間產(chǎn)物對苯二酚和苯醌之間的氧化還原反應(yīng),避免兩者相互轉(zhuǎn)化時消耗光生自由基,提高了光生電子的有效利用率。Ti O2納米管具有結(jié)構(gòu)規(guī)整、比表面積大、催化活性高等優(yōu)點(diǎn),其催化性能與其表觀形貌有很大的關(guān)系。采用電化學(xué)陽極氧化法,通過調(diào)整制備過程中的工藝參數(shù),如電解液中F-濃度、氧化電壓、氧化溫度和氧化時間等制備了一系列Ti O2納米管,研究了各因素對其微觀形貌以及光電催化性能的影響。結(jié)果表明,F-的存在是Ti O2納米管形成的關(guān)鍵所在,F-濃度的提高有利于Ti O2納米管的形成及生長,而過高的F-濃度會導(dǎo)致Ti O2納米管長度及其表面規(guī)整度下降,氧化電壓、氧化溫度、氧化時間的變化均會影響其長度、管徑和表面規(guī)整度,適宜的陽極氧化條件為:F-濃度150mmol/L、氧化電壓50V、氧化溫度20℃、氧化時間120min,此時可制備出規(guī)整度高、表面清潔、長度約為4.5μm、管徑115nm的Ti O2納米管;經(jīng)過對具有不同形貌的Ti O2納米管的光電催化性能以及光催化降解Rh B的性能進(jìn)行研究可知,Ti O2納米管長度、管徑和表面規(guī)整度的提高有利于提高其對紫外光的吸收利用率,并可提高光生電子-空穴對的有效分離和轉(zhuǎn)移效率;而Ti O2納米管表面雜質(zhì)顆�；蚪z束狀物質(zhì)的出現(xiàn)為光生電子-空穴對的再結(jié)合提供了更多的活性中心,不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。為了進(jìn)一步提高Ti O2納米管在光催化裂解水反應(yīng)中的催化活性,采用紫外光照輔助電化學(xué)沉積的方法制備了Ti O2納米管負(fù)載Ni Mo Zn復(fù)合納米顆粒。結(jié)果表明,Ni Mo Zn復(fù)合納米顆粒中少量Zn的加入有利于促進(jìn)產(chǎn)氫過程中的電子轉(zhuǎn)移過程,從而提高了催化活性,而過量Zn的加入反而抑制了其電子轉(zhuǎn)移過程以及質(zhì)子吸附過程,適宜的Zn含量為1%~3%;紫外光照可明顯改善Ti O2納米管表面的可浸潤性,使其由超疏水狀態(tài)變?yōu)橛H水性;經(jīng)紫外光照輔助電化學(xué)沉積15s后,Ni Mo Zn納米顆粒均勻的負(fù)載在Ti O2納米管管壁內(nèi)外,其光催化產(chǎn)氫效率提高了近8%。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36

【參考文獻(xiàn)】

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1 喻志剛,袁蕎龍,應(yīng)圣康;SiO_2-TiO_2復(fù)合微粒的研究[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2000年04期

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本文編號：1292442