酞菁敏化TiO-,2-納米粉體制備及其光催化性能研究.pdf

1、本文旨在通過染料敏化方式，拓寬納米寬禁帶半導(dǎo)體的光波段響應(yīng)范圍，改善半導(dǎo)體和敏化劑的結(jié)合方式，研發(fā)具有可見光波段響應(yīng)的染料敏化半導(dǎo)體光催化劑。 論文系統(tǒng)總結(jié)了光催化劑理論及其制備的研究進(jìn)展和熱點(diǎn)方向；闡述了納米TiO2光催化劑的研究進(jìn)展、應(yīng)用前景、面臨的主要問題及其解決思路；重點(diǎn)討論了通過對(duì)納米TiO2光催化劑的有機(jī)染料敏化手段拓展光響應(yīng)波段及提高光催化效率方面的研究現(xiàn)狀和存在的主要問題。提出了采用水熱法原位制備工藝研制開發(fā)具有

2、高可見光催化性能的光催化劑，以及通過敏化劑與納米TiO2化學(xué)鍵合來(lái)提高光催化劑穩(wěn)定性能的工作思路。 采用鈦酸丁酯、磺酸酞菁銅(CuPcTs)、乙醇、水等原料，在反應(yīng)釜中控制TiO2的成核生長(zhǎng)和CuPcTs的吸附同步進(jìn)行，通過水熱法原位制備了酞菁敏化納米TiO2可見光催化劑；采用濕化學(xué)方法制備了以3、4-二羧酸吡啶化學(xué)鍵合鏈接TiO2粉體與CuPcTs的酞菁敏化納米TiO2超分子催化劑。應(yīng)用透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、

3、X射線衍射(XRD)、紫外可見光譜(UV-Vis)、紅外光譜(FT-IR)等測(cè)試手段，對(duì)兩類催化劑的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征，取得了一系列重要結(jié)論和創(chuàng)新性成果，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)光催化劑的實(shí)用化打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 采用水熱法原位制備了酞菁敏化納米TiO2可見光催化劑，并且在實(shí)驗(yàn)中獲得了一系列結(jié)論：研究了水熱實(shí)驗(yàn)參數(shù)、熱處理溫度和光催化實(shí)驗(yàn)參數(shù)等對(duì)酞菁敏化納米TiO2的形成及其光活性的影響，確認(rèn)制備的最適宜的水熱工藝及熱處理溫度；研究了使用

4、乙酰丙酮控制鈦酸丁酯水解速率和同時(shí)添加CuPcTs以有效控制其濃度的水熱法原位制備技術(shù)；水熱條件下TiO2成核生長(zhǎng)和敏化劑的吸附同步，使得酞菁敏化納米TiO2具有互穿結(jié)構(gòu)；通過甲基橙(MO)溶液的降解前后的吸收光譜變化，驗(yàn)證了酞菁敏化納米TiO2的可見光催化能力；通過不同波長(zhǎng)可見光催化MO實(shí)驗(yàn)結(jié)合其他多組實(shí)驗(yàn)，表明在可見光下降解MO的敏化效果來(lái)自CuPcTs；確認(rèn)了在可見光范圍水熱法原位制備的酞菁敏化納米TiO2具有降解MO等含苯環(huán)有機(jī)

5、物的能力；以光催化實(shí)驗(yàn)中樣品的重復(fù)使用情況作為衡量穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，其第三次循環(huán)降解率比初始降解率下降87.5％。 采用濕化學(xué)方法制備了以3、4-二羧酸吡啶(PD)化學(xué)鍵合鏈接TiO2粉體與CuPcTs的酞菁敏化納米TiO2超分子，通過紅外光譜證實(shí)了其化學(xué)鍵合并給出了相應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理。通過可見光降解MO實(shí)驗(yàn)和光生電流實(shí)驗(yàn)確認(rèn)酞菁敏化納米TiO2超分子雖然對(duì)可見光有所響應(yīng)，但對(duì)于MO的可見光降解有限，其可見光催化能力與純酞菁溶液接近，原