TiO-,2-復(fù)合光催化材料的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及性能研究.pdf

1、當(dāng)前全球正面臨著環(huán)境惡化和能源短缺的嚴峻挑戰(zhàn)。我國既是當(dāng)今世界經(jīng)濟增長最快的大國，也是當(dāng)今世界環(huán)境污染最為嚴重的大國之一。我國既是能源短缺國，又是能源消耗大國。解決環(huán)境問題和能源問題，成為我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活質(zhì)量、保障國家安全的迫切需要。國內(nèi)外大量研究表明，光催化技術(shù)能分解空氣和水中的多種污染物。太陽能光分解水技術(shù)可望獲得廉價的氫氣，得到理想的清潔能源。光催化材料在空氣凈化、自潔凈、超親水性等方面也取得了初步成功，在環(huán)境保護

2、方面的應(yīng)用市場正在逐步形成。我國能源結(jié)構(gòu)面臨經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護的雙重壓力，加強光催化材料的基礎(chǔ)研究意義十分重大。
　　 目前對光催化材料的研究十分廣泛。其中，半導(dǎo)體Ti02是最早發(fā)現(xiàn)也是目前公認的性能優(yōu)良的光催化材料。Ti02以其化學(xué)性能穩(wěn)定、吸收紫外線能力強、量子效率和催化效率高、無毒無味、來源豐富及價格低廉等眾多優(yōu)點得到了廣泛研究和實際使用。但Ti02光催化技術(shù)在實際應(yīng)用過程中還存在著光譜響應(yīng)范圍窄、量子效率偏低、粉末的分散

3、與回收等問題。本文針對目前Ti02應(yīng)用中的不足，選擇了幾種載體對Ti02進行了負載，制備了Ti02復(fù)合光催化材料，希望能實現(xiàn)Ti02的有效回收和循環(huán)利用，同時對負載的Ti02進行微結(jié)構(gòu)調(diào)控和修飾改性，以期拓展光響應(yīng)范圍，提高光催化活性。主要內(nèi)容如下：
　　 第一章主要介紹了光催化材料的研究背景和發(fā)展概況，及TiO2光催化材料的晶體結(jié)構(gòu)、催化機理、目前存在的問題和改進的方法。提出了本文的研究思路和實驗內(nèi)容。
　　 第二章使

4、用氧化鋯多晶纖維實現(xiàn)了Ti02的負載，在四方相的纖維表面生成了銳鈦礦Ti02微晶，且微晶暴露出具有高反應(yīng)活性的{001}晶面，通過控制反應(yīng)條件，可以進一步利用Zr02纖維作為模板，生成Ti02微米管。實驗中首先對Zr02纖維進行預(yù)處理，然后選擇鈦酸丁酯、P25、氟鈦酸銨作為不同的鈦源，利用溶膠-凝膠、水熱等不同方法進行Ti02的負載。對負載情況較好的氟鈦酸銨作鈦源的水熱反應(yīng)，進行了詳細研究。在不同的初始濃度、不同的反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度下，

5、負載的Ti02呈現(xiàn)出不同的形貌特征。特別是在一定條件下能夠?qū)r02纖維載體完全消耗掉，使得Zr02纖維成為制備Ti02微米管的模板。Ti02微米管表面由暴露高反應(yīng)活性的{001}晶面的Ti02微晶組成，在光催化、光電子學(xué)等領(lǐng)域都有重要的潛在應(yīng)用價值。通過改變前軀體溶劑的組分、摻雜金屬離子、貴金屬沉積等方式，來進行表面修飾和微結(jié)構(gòu)調(diào)控，對Ti02的光響應(yīng)范圍向可見光拓展，提高光催化效率，進行了積極的探索。
　　 根據(jù)氧化鋯纖維與

6、Ti02復(fù)合的結(jié)果，本文在第三章又選擇了一些其他形狀和大小的氧化鋯微球作為載體，進行Ti02的負載研究。使用微米級大小的氧化鋯微球、氧化鋯空心球、含鋯的玻璃微珠作為載體，選擇不同配比的氟鈦酸銨溶液作為鈦源，進行水熱反應(yīng)，得到了不同形貌的負載Ti02的復(fù)合材料，并對其光催化性能進行了測試。使用自己制備的Zr02納米粉體替代較大的氧化鋯微球，水熱反應(yīng)后，ZrO2納米粉體被完全消耗，得到了Ti02納米晶。Ti02納米晶暴露出高比例的{001}

7、晶面，具有較高的光催化活性。
　　 BiFe03等多鐵材料是近年來的研究熱點，以其豐富的物理現(xiàn)象和具大的應(yīng)用潛力受到廣泛關(guān)注和研究。同時BiFe03的帶隙較窄，為2.2eV左右，對可見光的吸收能力強。第四章采用水熱法、熔鹽法和燃燒法制備出了純相的BiFe03粉體，對比三種制備方法及所得粉體的粒度、分散性等結(jié)果，選擇燃燒法所得BiFe03進行了Ti02的負載。使用鈦酸丁酯作為鈦源，采用溶膠-凝膠法在BiFe03顆粒的外層負載上了T