碳摻雜和有機(jī)分子改性Tio2納米顆粒的制備、表征及應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，在地表水、地下水，甚至飲用水中，經(jīng)常可以檢測(cè)到有持久性有機(jī)污染物，這對(duì)人類健康和生存環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。因此，在過去的十幾年中，光降解持久性有機(jī)污染物已經(jīng)得到了越來越多的關(guān)注。TiO2因其穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)，較高的效率，低廉的成本，逐漸成為最受歡迎的光催化劑。但是Ti02受到其自身禁帶寬度3.20eV的限制，只能吸收太陽光中約5%的紫外光的能量。人們對(duì)TiO2進(jìn)行了各種方式的改性，例如金屬摻雜，非金屬摻雜，表面有機(jī)改性，增加吸

2、附能力等，雖然這些方法在一定程度上對(duì)TiO2起到了改性作用，但是有些方法操作復(fù)雜、成本昂貴，很難直接應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)制造中。
　　本論文在調(diào)研和分析前人研究工作的基礎(chǔ)上，首先采用溶膠法合成前驅(qū)物并進(jìn)一步利用高純氮?dú)庾鳛殪褵諊@一簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，制備得到了禁帶寬度減小，顏色變化，具有可見光響應(yīng)的碳摻雜的銳鈦礦相TiO2。其次，利用配體-金屬電荷轉(zhuǎn)移（LMCT)效應(yīng)，我們也制備得到了苯甲醇與Ti02相結(jié)合形成表面絡(luò)合物的樣品以及

3、經(jīng)過苯甲醇修飾的TiO2樣品。我們系統(tǒng)地研究了碳摻雜樣品和表面絡(luò)合物樣品的可見光響應(yīng)性能，如光吸收性能、吸附性能、光催化活性等，并用碳摻雜樣品嘗試制備了全固態(tài)太陽能電池。本論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下：
　　1、利用溶膠法，合成了超細(xì)的TiO2前驅(qū)物，并通過選用高純氮?dú)鉃殪褵諊@得了具有可見光吸收的黑色銳鈥礦相TiO2納米粒子，通過改變煅燒溫度，可獲得不同禁帶寬度的具有可見光響應(yīng)的TiO2,如樣品N2-300℃，N2-4

4、00℃和N2-500℃禁帶寬度依次為2.69eV,2.40eV和1.99eV,當(dāng)煅燒溫度高于500℃時(shí)，如N2-600℃，N2-700℃的禁帶寬度均小于1.6eV。X光電子譜和能譜的分析顯示此類樣品均含有碳元素，因此，再結(jié)合熱重分析結(jié)果，我們認(rèn)為此類樣品呈現(xiàn)禁帶寬度減小和可見光響應(yīng)是由于前驅(qū)物中含有的有機(jī)物在高純氮?dú)夥諊?，高溫燃燒不充分引起的碳摻雜所致，其中“碳源”主要來自于兩方面：一是，無水乙醇和鈦源相作用后產(chǎn)生的復(fù)雜有機(jī)物；二是，

5、苯甲醇分子與TiO2相結(jié)合形成的表面絡(luò)合物。在可見光照射下，此類黑色TiO2納米粒子可以激發(fā)產(chǎn)生光生電子和空穴，從而有效降解染料分子。此外，樣品摻雜的程度，取決于制備時(shí)所煅燒的溫度，并直接影響樣品的光催化性能。而在我們的實(shí)驗(yàn)體系中，經(jīng)過高純氮?dú)?00℃煅燒的樣品，表現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化性能。
　　2、在此基礎(chǔ)上，通過仿照鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)，采用碳摻雜材料替代鈣鈦礦層，作為電池光敏層，并依據(jù)電池其他結(jié)構(gòu)，嘗試搭建出一個(gè)全固態(tài)TiO2

6、太陽能電池的原型。目前，該種電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍比較低，我們將嘗試其他方法，來進(jìn)一步提升它的效率。
　　3、采用溶膠法制備獲得了納米尺度的苯甲醇分子與TiO2相結(jié)合形成表面絡(luò)合物的Complex Ti02樣品，并將其經(jīng)過高純氮?dú)?00℃煅燒后得到了142-200℃樣品，以及仿照Complex Ti02樣品制備過程得到了苯甲醇修飾的樣品BnOH-Modified Ti02,三個(gè)樣品在可見光波段均存在吸收，禁帶寬度依次為3.14eV,