新型摻雜二氧化鈦納米管光催化材料的制備及其光催化性能的研究.pdf

1、NEWPHOTOCATALySTS0FDOPEDT11公LNIANANOTUBES：PREPARATIONANDSTUDYOFTHEIRPHOTOCA]1AIYTICACTIVITIES4DissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofphil

2、osophyinEngineeringScienceByLiuHaijinSupervisor：ProfLiuGuoguangMay，20101；圣r、t◆◆，警薹疊蔞”t譬I‘，》一曩1瞰醛■●摘要?jiǎng)h㈣IlIfIIIIillIfIlllIlIIllIIlll咖Y1734925光催化技術(shù)在廢水處理、氣體凈化、殺菌、防污、自潔材料、染料敏化太陽(yáng)能電池、化妝品、氣體傳感器等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目fjf，用于光催化劑的多為N型半導(dǎo)體材料，

3、如Ti02、ZnO、CdS、W03、Sn02和Fe203等，其中Ti02因其活性高、穩(wěn)定性好、價(jià)廉易得、對(duì)人體無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)而成為最受重視的一種光催化劑。與Ti02納米顆粒相比，Ti02納米管具有更大的比表面積、更高的光催化活性和更強(qiáng)的吸附能力，制備和開發(fā)Ti02納米管己成為國(guó)內(nèi)外的一個(gè)研究熱點(diǎn)。但是，Ti02納米管作為光催化劑也有自身的缺點(diǎn)。由于Ti02的帶隙較寬(銳鈦礦32eV)，所以只能吸收紫外光。而紫外光只占太陽(yáng)光能量的4％左右，因

4、此，Ti02對(duì)太陽(yáng)光的利用率很低，如何吸收利用更多的太陽(yáng)光，提高其在太陽(yáng)光下的光催化活性，一直是眾多科研工作者的研究課題。另外，納米Ti02回收困難，無(wú)形中加大了使用成本，因而限制了它在許多領(lǐng)域中的應(yīng)用。本研究針對(duì)克服Ti02的上述缺點(diǎn)而展開，其目的是制備在紫外和可見光區(qū)具有高催化活性的摻雜Ti02納米管光催化材料，同時(shí)將自制的光催化材料用于難降解有機(jī)污染物的降解。本研究采用離子交換和電化學(xué)摻雜的新方法分別對(duì)水熱法制備的鈦酸納米管和陽(yáng)極

5、氧化制備的Ti02納米管陣列進(jìn)行金屬和非金屬摻雜，制備了具有可見光活性的新型光催化劑——釓、氮共摻雜鈦酸納米管和鋯、氮共摻雜Ti02納米管陣列，并利用自制的Ti02納米管陣列對(duì)4，4’對(duì)二溴聯(lián)苯進(jìn)行了光電催化降解的研究工作。主要研究?jī)?nèi)容包括：(1)用水熱法制備鈦酸納米管，然后通過(guò)陽(yáng)離子交換制備了釓摻雜、氮摻雜以及釓、氮共摻雜鈦酸納米管，并以羅丹明B為目標(biāo)降解物研究了其光催化性能。結(jié)果表明，在紫外光照射下，晶型是決定光催化活性的主要因素，

6、600oC煅燒的釓摻雜鈦酸納米管其光催化活性是同樣條件下未摻雜納米管的122倍。而在可見光下，晶型、粒徑大小、比表面積和納米管形貌等因素都對(duì)光催化活性有一定的作用，400oC煅燒的釓摻雜鈦酸納米管其光催化活性是同樣條件下未摻雜納米管的278倍；通過(guò)和NFh的交換制備了氮摻雜鈦酸納米管，在可見區(qū)產(chǎn)生了新的吸收帶；釓、氮共摻雜鈦酸納米管在紫外區(qū)的光催化活性與單獨(dú)釓摻雜納米管沒(méi)有明顯的區(qū)別，但在可見區(qū)，釓、氮共摻雜產(chǎn)生了協(xié)同作用。在釓、氮共摻