復(fù)合型和摻雜型二氧化鈦基光催化劑的制備及性能研究.pdf

1、隨著人類社會(huì)能源和環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，解決這些問(wèn)題的任務(wù)已經(jīng)十分緊迫。將可再生的太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能一直是人們研究的熱點(diǎn)。如果能夠有效地利用太陽(yáng)光中各個(gè)波段的能量，人類暫時(shí)將不會(huì)再受能源短缺的困擾，因此，尋找合適的光催化劑以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的有效利用，始終是科學(xué)界研究的熱點(diǎn)。
　　 目前較為常見(jiàn)的光催化劑以半導(dǎo)體材料為主，其中二氧化鈦以其優(yōu)良的自身性能在該領(lǐng)域中備受關(guān)注。然而，Ti02由于禁帶寬度較大，很難在可見(jiàn)光照射下被激發(fā)，必

2、須加以改性才能利用占太陽(yáng)能總能量45％的可見(jiàn)光。本論文以提高二氧化鈦材料對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)為目的，從半導(dǎo)體二氧化硅復(fù)合和非金屬氮元素?fù)诫s兩種改性方式出發(fā)，分別制備了鈦硅分子篩ETS-4和N-Ti02兩個(gè)系列的光催化劑，并對(duì)其在可見(jiàn)光下的光催化行為進(jìn)行了深入研究。
　　 第一，采用環(huán)境友好的廉價(jià)的硅溶膠為硅源，硫酸鈦為鈦源，在不加入氟離子和雙氧水的條件下合成鈦硅分子篩ETS-4?？疾炝瞬煌夏柵浔认?，分別利用水熱合成法和微波合成法

3、制備ETS-4材料的合成條件的規(guī)律。以水熱合成法制備鈦硅分子篩ETS-4時(shí)，通過(guò)調(diào)變?cè)现蠳aOH和H2S04的加入量，可以精確控制合成凝膠pH值，進(jìn)而研究對(duì)合成的ETS-4材料形貌的影響。微波合成法具有快速均勻加熱的優(yōu)點(diǎn)，本文通過(guò)微波法成功地合成了鈦硅分子篩ETS-4，而且晶化時(shí)間大大縮短。
　　 第二，采用在水熱合成法制備出的三種特殊形貌的ETS-4材料作為光催化劑，分別研究它們?cè)诳梢?jiàn)光下光催化降解羅丹明B的探針?lè)磻?yīng)中的活性

4、。確定通過(guò)半導(dǎo)體材料Si02復(fù)合改性二氧化鈦的方法，合成出的鈦硅分子篩ETS-4材料有一定的可見(jiàn)光催化活性，而且ETS-4-3產(chǎn)品在可見(jiàn)光照射下光催化降解活性要比商用光催化劑P25具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　 第三，通過(guò)紅外光譜、Raman光譜和DRUV-vis等分析測(cè)試手段，從多角度解釋了ETS-4材料光催化反應(yīng)的機(jī)理。通過(guò)高溫熔解量熱的方法測(cè)定了三個(gè)樣品的熔解焓，再通過(guò)一系列的熱力學(xué)循環(huán)計(jì)算出三個(gè)樣品的生成焓。從熱力學(xué)穩(wěn)定性角度分

5、析鈦硅分子篩ETS-4材料在可見(jiàn)光下光催化降解反應(yīng)的機(jī)理，探討它自身的生成焓，與其本身材料中的末端Ti-OH數(shù)量，以及樣品在光催化降解反應(yīng)中的活性的聯(lián)系。
　　 第四，設(shè)計(jì)了以可逆的西佛堿反應(yīng)為基礎(chǔ)的控制水解合成法，并且采用鈦酸丁酯為鈦源，乙二胺為氮源，通過(guò)控制水解的方法成功合成出了一系列氮摻雜二氧化鈦材料。利用XRD、TEM和BET分析手段研究氮摻雜Ti02材料的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，并且通過(guò)紅外光譜和XPS確定氮元素在材料晶格中的存在狀