丙酮溶劑熱法制備納米TiO-,2-高可見光光催化活性起因研究.pdf

1、本論文采用溶劑熱法,以鈦酸正丁酯為前驅體,丙酮為溶劑,通過改變溶劑熱溫度成功地制備了一系列無定形和銳鈦礦TiO<,2>;研究這類TiO<,2>高可見光光催化活性的物理和化學本質及其起因,以期對TiO<,2>光催化大規(guī)模產業(yè)化提供理論指導和技術支持. 研究了溶劑熱溫度對TiO<,2>制備的影響,以甲基橙為降解目標物測試了其光催化性能;分析了TiO<,2>表面態(tài)及其與可見光吸收和光催化活性的關系;建立了本研究制備的TiO<,2>可見

2、光光催化電子轉移模型;此外,還通過熱處理分步脫除TiO<,2>表面有機物以調控其表面態(tài),進一步確認表面態(tài)與光催化的關系;以苯酚類化合物為降解目標物,研究可見光下TiO<,2>對其的降解行為,建立了可見光誘導光催化降解機制模型;推斷兩種表面絡合物協(xié)同作用促進了TiO<,2>可見光光催化降解,導致了本研究制備的TiO<,2>高可見光光催化活性. 分別對不同溶劑熱合成溫度制備的納米TiO<,2>以及經(jīng)不同溫度熱處理的納米TiO<,2>

3、進行了材料性能的表征研究.XRD結果表明隨著溶劑熱溫度升高,TiO<,2>逐漸從無定形轉變?yōu)殇J鈦礦,TEM和電子選區(qū)衍射證實了上述結果,120℃是銳鈦礦TiO<,2>的起始形成溫度.TG-DTA表明有2.4﹪～16.2﹪左右的有機物吸附在TiO<,2>表面,FT-IR圖譜存在Ti-O-C鍵對應的1093cm<'-1>峰,表明溶劑熱過程中原位鍵合了表面絡合物(≡Ti<'4+>-OCR),這種絡合物能改變TiO<,2>表面態(tài),俘獲電子,加速

4、電子轉移,從而提高光催化性能.熱處理能分步脫除表面有機組分和調控TiO<,2>表面態(tài),180℃熱處理脫除吸附水和物理吸附的有機組分;而365℃熱處理則脫除了TiO<,2>表面吸附的大量的有機物,導致可見光激發(fā)光催化性能顯著下降. 對溶液條件下進行的光催化降解過程的研究表明,TiO<,2>表面≡Ti<'4+>-OH與苯酚類化合物的-OH發(fā)生縮合反應,這種縮合與苯環(huán)上取代基有關,取代基吸電子能力越強,-OH酸性越強縮合反應越易進行.

5、對無可見光響應的苯酚類化合物,如:苯酚(phenol)、對氯苯酚(4-CP)和對羥基苯甲酸(4-HA),Cl有較強的吸電子能力,-OH酸性強,易生成表面絡合物,所以TiO<,2>對對氯苯酚有較高可見光光催化效率.此類絡合物吸收可見光受激處于激發(fā)態(tài),將電子注入TiO<,2>導帶,從而誘導光生電子產生;光生電子能被O<,2>俘獲生成具有強氧化能力的O<'·-><,2>和HOO<'->等超氧化物,而·OH并不是主要的氧化劑. 由此,推