鈦基可見光催化劑的制備及光催化活性研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機(jī)是當(dāng)前人類面臨的兩大問題，光催化技術(shù)有望成為解決環(huán)境和能源問題的有效方式，高效可見光納米材料設(shè)計、合成及應(yīng)用已成為材料科學(xué)、表面化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文提出采用溶劑熱法低溫合成可見光響應(yīng)鈦基光催化劑及其在介孔表面原位固定化的新路線設(shè)計，通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X射線粉術(shù)衍射儀(XRD)和紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis)等表征方法系統(tǒng)分析了催化劑的結(jié)構(gòu)并有效建立了其與光催化性能之間的

2、構(gòu)效關(guān)系。論文研究不僅促進(jìn)了可見光催化劑制備科學(xué)的發(fā)展，而且加深了光催化反應(yīng)的基礎(chǔ)理論認(rèn)識，為光催化技術(shù)走向應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。具體研究內(nèi)容和結(jié)果歸納如下： 1．創(chuàng)新性采用溶劑熱法在不同有機(jī)胺體系中一步合成氮摻雜二氧化鈦可見光催化劑。論文主要考察了乙二胺、三乙胺和二乙胺等不同有機(jī)胺介質(zhì)對合成氮摻雜二氧化鈦可見光材料的影響，研究結(jié)果表明：在高于140℃的晶化溫度下，上述三種介質(zhì)中均能合成出氮摻雜的二氧化鈦可見光材料，較好避免了以前文獻(xiàn)利

3、用高溫氨氣流處理合成氮摻雜二氧化鈦可見光引起轉(zhuǎn)晶和比表面積下降等缺點(diǎn)。胺介質(zhì)種類對二氧化鈦的晶相組成、氮取代量、顆粒大小和形貌等存在明顯影響，如：乙二胺體系中制備的二氧化鈦晶體對可見光的吸收明顯優(yōu)于三乙胺和二乙胺體系；乙二胺體系中制備的二氧化鈦為一維納米棒狀結(jié)構(gòu)。晶化時間、晶化溫度和投料比等因素調(diào)變可有效控制二氧化鈦的顆粒大小和晶相組成，進(jìn)而影響材料的光催化性能。苯酚光催化氧化降解的探針實(shí)驗(yàn)表明，二氧化鈦的氮摻雜量、晶相組成、比表面積、

4、顆粒大小和形貌等因素對催化劑活性影響較大，其中乙二胺體系中合成的氮摻雜二氧化鈦納米棒由于其獨(dú)特的一維形貌和銳鈦礦晶相等結(jié)構(gòu)屬性，因而顯示了最好的光催化氧化苯酚性能。 2．采用光控還原法合成了Ag/TiO<,2-x>N<,x>可見光催化劑，并研究了其光催化還原硝酸根性能。論文在系統(tǒng)研究負(fù)載銀形貌、銀含量和硝酸根光催化還原條件優(yōu)化等因素基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)：3wt％Ag/TiO<,2-x>N<,x>催化劑具有最好的可見光催化還原硝酸根性能，硝

5、酸根轉(zhuǎn)化率和生成理想產(chǎn)物N2選擇性可分別高達(dá)98.4％和99.2％，明顯優(yōu)于相同反應(yīng)條件下采用高溫氨氣流處理合成的Ag/TiO<,2-x>N<,x>催化劑，為目前文獻(xiàn)報道的最好結(jié)果。 3.以乙二胺為介質(zhì)首次嘗試采用溶劑熱法制備S、N共摻雜的TiO<,2>納米棒(S，N-TiO<,2>)，并考察了其可見光條件下光催化氧化苯酚活性。發(fā)現(xiàn)硫氮共摻雜的TiO<,2>對可見光的吸收優(yōu)于氮摻雜的TiO<,2>，硫氮共摻雜TiO<,2>中，硫

6、元素和氮元素含量存在最佳值。S含量為0.22 wt％，N含量為1.15 wt％時，苯酚的光催化降解性能最好，其降解率為95.2％，TOC轉(zhuǎn)化率為91.0％。 4.首次在乙二胺介質(zhì)中通過溶劑熱后處理同時實(shí)現(xiàn)了二氧化鈦部分氮取代和在SBA-15表面原位負(fù)載。X射線衍射，N<,2>吸附，掃描電鏡，高倍透射電鏡/能量色散譜儀，傅里葉變換紅外光譜，紫外.可見吸收光譜和X射線光電子能譜等表征結(jié)果表明：TiO<,2>中的氧原子不僅被氮原子部分

7、取代有較好的可見光響應(yīng)，而且TiO<,2>均勻分散在全硅SBA-15表面，較好實(shí)現(xiàn)了原位負(fù)載。本處理方法的成功主要?dú)w因?yàn)橐叶返碾p功能作用：1)將氮原子引入TiO<,2>的晶格中；2)刻蝕和活化SBA-15的表面，為二氧化鈦晶核生長提供可能。在可見光和紫外光照下的光催化氧化苯酚探針反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，合成的TiO<,2-x>N<,x>/SBA-15整體催化劑具有較好的光催化活性，苯酚的轉(zhuǎn)化率隨TiO<,2>的擔(dān)載量的增加而增大，在可見光下TOC