TiO2系纳米光催化剂合成、表征、光催化活性研究道

TiO2系纳米光催化剂合成、表征、光催化活性研究道 分类号—— 密级——,,, 学校代码 ～,垒窆, 武多萎理歹大浮 学 位 论 文中文 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 目一』,,,丕纳苤光催他剂金盛～麦征～光催丝活坳(英 文 ,,,,, ,, ,,,,,,,,,、;,,,,;,,,,,,,,,, ,,,是夏 目 巳塾,～,竺璺～垒～,～,,垒,垡?,鲤,,～,,喳研究生姓名 鏖晶指导教师 姓名割堡邀职称副熬援学位 谴? 单位名称垒塑逊弛垂监叠童量邋邮编垒三,,,, 申请学位级别 硕士 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 提交日期,,～～生量月 论文答辩日期,,～～生量月学位授予单位 峦婆墨兰苤堂一学位授予日期,,～～生?旦答辩委员会主席 塞廛生 评阅人割痘明 奎适查 ,,, ,年,月 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名: 隆丛 日期:趋,～:竺兰(互堑 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。 (保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名):慝暴 导师(签名):却，晕,,赴日期剀『(心 武汉理丁人学硕士学位论文 摘要 随着社会经济的加速发展，环境污染已经成为影响人们健康生活和工作的重大问题，如何处理环境污染的问题，已经成为迫在眉睫的重大课题。上个世纪,,年代逐步发展起来的异相光催化技术便是一种环保、节能和绿色的环境净化技术，得到了人们的广泛关注。异相光催化技术的核心物质是宽带半导体，目前研究的宽带半导体光催化剂很多，其中,,,,光催化剂是具有代表性的光催化剂，在气相和水溶液催化中具有广泛的应用。但是由于,,,,的禁带较宽而限制了其实际应用，因此如何利用可见光来诱导光催化过程是目前光催化研究热点。 本文采用水热法制备了,,掺杂和,表面修饰的纳米,,,,，利用各种现代测试分析手段对其结构进行表征，研究其光催化活性，并探讨了材料结构对光催化性能的影响，具体研究内容包括: (,)水热法制备了,,掺杂,,,,纳米光催化剂。该光催化剂主要晶相为锐钛矿，颗粒尺寸较小，分布均匀。掺杂后吸收波长明显红移，说明掺铁有利于对可见光的吸收。适量掺杂可提高其在紫外灯下的光催化活性。 (,)水热法制备了表面氟化,,,,锐钛矿纳米光催化剂。研究了,,添加量对,,,,纳米颗粒结构和光催化性能的影响，经过煅烧表面氟化的样品在波长小于,,, ,,,的吸收强度高于纯,,,,，但是吸收边没有发生变化，这也说明,并没有进入晶格内部。由于表面,限制了光生电子和空穴的复合，一定,,添加量的样品，经过煅烧后在紫外灯照射下光催化活性高于纯,,,,。关键词:光催化，,,掺杂,,,,，表面氟化,,,,，结晶紫 武汉理,,二人学硕士学位论文 ,,,,,,;, ,,,,,,,,，,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,, ,,,, ,,;,,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,，,,,;,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,,, ,,,,;,, ,, ,,, ,,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,(,, , ,, ;,,,, ,,,,,,,,,,,, ,, ,,, ,, ,,, ,,, ;,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,(,,,,,,,,,,,,, ,,,,,;,,,,,,,, ,, ,,,,,,,;,,,, ,,;,,,？,, ,,;,,,, ,, ,, ,, ,,,,,,,,,,,,, ,,, ,;,,,,,;,, ,,,,,,(,,,,,,,,,;,,,,,,,, ,,, ,, 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,(,(,(,液相法…………………………………………………………((, ,(,二氧化钛的掺杂改性研究…………………………………………………,, ,(,(,改性的理论基础……………………………………………………((,, ,(,(,改性的途径……………………………………………………………,, ,(,(,(,金属离子掺杂…………………………………………………(, , ,(,(,(,非金属离子改性………………………………………………,, ,(,(,(,贵金属沉积……………………………………………………,, ,(,(,(,控制晶体暴露面………………………………………………,, ,(,课题研究的目的和意义……………………………………………………,,第二章纳米光催化材料的制备与表征……………………………………………,, ,(,引言…………………………………………………………………………………………………(,, ,(,试剂与仪 器……………………………………………………………………,, ,(,(,试剂名称……………………………………………………………((, , ,(,(,仪器名称……………………………………………………………((, , ,(,铁掺杂二氧化钛溶胶的制备………………………………………………,, ,(,材料结构及其光催化活性表征……………………………………………,, ,(,(, ,,,测 试…………………………………………………………………………………(,, ,(,(,紫外(可见吸收光谱测试……………………………………………(,, ,，， 武汉理(,:人学硕十学位论文 ,(,(,场发射扫描电 镜………………………………………………………, , ,(,(, ,,,测试…………………………………………………………………………………((,, ,(,(, ,,,测 试…………………………………………………………………………………(,, ,(, 结果与讨论…………………………………………………………………,, ,(,(, ,射线衍射分析………………………………………………((:……(,, ,(,(,掺杂量对产物的紫外(可见漫反射光谱影响………………………((,, ,(,(, ,,,分 析…………………………………………………………………………………(,, ,(,(,光催化结果…………………………………………………………((,, ,(, 小 结…………………………………………………………………………………………………(,,第三章 水热法制备表面氟化,,,,溶 胶…………………………………………((,, ,(, 仪器与试 剂…………………………………………………………………,, ,(,(,试剂名 称………………………………………………………………………………(,,,(,(,仪器名称……………………………………………………………。,, ,(, 样品的制备…………………………………………………………………(,, ,(, 光催化剂结构及光催化活性表征…………………………………………(,, ,(, 结果与讨论…………………………………………………………………,, ,(,(, ,,,表征……………………………………………………………((,, ,(,(, ,,(,,,分 析……………………………………………………………………………(, , ,(,(, ,,,分析………………………………………………………………,, ,(,(, ,,,表 征………………………………………………………………………………(,, ,(,(,紫外(可见漫反射光谱分析…………………………………………(,, ,(,(,光催化性能分析……………………………………………………。,, ,(, 小结 学校三防设施建设情况幼儿园教研工作小结高血压知识讲座小结防范电信网络诈骗宣传幼儿园师德小结 …………………………………………………………………………(,,第四章结论及其展望………………………………………………………………,,参考文献……………………………………………………………………………(,,致谢……………………………………………………………………………………………………………((,, ，, 武汉理，:人学硕士学位论文 第,章绪论,(,研究背景 随着社会的发展，工业化进程的加速，废水和废气的随意排放使水源和空气受到了严重污染，从而引发了严重的环境问题。工业排放的废水中常常会发现一些成分复杂而且难降解的有机污染物，这些有机物对水资源和人们的健康造成了严重危害，所以对其的治理己成为人类社会可持续发展待解决的问题。经过长期的努力，已经有很多的治理方法，但是这些方法对有机物的矿化能力较差，会引发二次污染。虽然现在已经有很多的新的治理方法，而且这些方法 已经工业化，但是都不可避免的存在一些局限性，比如:大多数有机物难以完全降解;许多降解产物的危害仍然很大;处理成本过高，难以大规模使用等【,】 , 针对以上的情况，近年来出现了以太阳能为背景的半导体光催化技术，为环境污染的控制与治理提供了一条全新和充满希望的途径。能源问题一直是世界各国备受重视的的课题，太阳能作为一种 绿色的，取之不尽的能源引已经起了人们的广泛关注。太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧,,,万吨煤释放的热量，然而人类对太阳能的利用率很低。因此如何才能更好的开发和利用太阳能，是该领域科研工作者的焦点。 自从,,,,年日本学者,,,,,,,,,和,,,,,发现了在光照下,,,,电极会产生氢气【,】开始，光催化技术才逐渐引起人们的重视。光催化技术是将自然界存在的光能转换成为化学能，从而进行催化作用，它不仅不会造成资源浪费也不会产生二次污染，可以说该技术是一种经济而且环保的技术。 近三十年来，光催化技术得到了迅猛的发展，为环境污染的治理提供了很多有效的途径，光催化技术是以半导体能带理论为基础。在众多的半导体氧化物中，二氧化钛由于其化学性质稳定，氧化还原能力强、难溶、无毒、成本低等特点，因而成为比较理想的环境友好型光催化,,,，,】。二氧化钛作为一种光电转换材料广泛应用于太阳能电池【,,，空气净化，污水处理等方面。 武汉理,二人学硕士学位论文,(,光催化技术和,,,,光催化原理,(,(,光催化技术 不同的光催化剂，他们的催化特点也是不一样的。从能带结构的角度来分析，半导体的能带位置和吸附物种的氧化还原电位，决定了半导体光催化的反应能力。热力学角度分析，光催化氧化还原反应要求半导体导带的位能高于受主物种(,,)的相关位能，而可向空穴提供电子的供主物种(,,,)的位能则要高于半导体价带的位置【『不。半导体的能带边位置受溶液的,,影响，常用的半导体光催化剂的禁带宽度、 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 氢电极电位以及真空能级的相对位置如图,(,所示【,,。只有照射光的光子的能量大于半导体吸收阈值时，半导体氧化物的价带电子才会发生跃迁，从而产生光生电子和空穴。半导体的光吸收阈值入,与带隙,,具有下式关系见(,(,)瞪】。 旯(啪),面,,,历,,(,(, ,,,,光催化原理 半导体的能带结构是不连续的，其能带结构一般是由价带和导带构成，在价带和导带之间存在禁带。只有当照射光能量大于或等于禁带宽度时(,,?,。)，半导体光催化剂吸收光子，产生光生电子空穴对。,,,,属于一种,型半导体材料，锐钛矿型,,,,的禁带宽度为,(, ,,，当它受到波长小于或等于,,,(,,,〕的光,紫外光)照射时，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电(,‘)，同时在价带上面产生带正电的空穴(,，)，从而在价带和导带之间形成高活性的电子(空穴对一,。电子和空穴(光生载流子)被光激发产生后，会经历多个途径，主要存在复合和俘获二个相互竞争的过程，对催化过程来说，光激发载流子的俘获并与电子受体发生作用才是有效的。激发态的电子和空穴又能重新复合，只有当催化剂存在合适的捕获剂时，电子和空穴间的复合才能得到有效的控制，才会在催化剂的表面发生氧化还原反应。激发到导带上的电子式良好的还原剂，它不仅可以使吸附在半导体颗粒表面的有机物活化氧化，还能使半导体表面的电子受体被还原。,,是半导体导带光生电子的俘获 , 武汉理,,,人学硕士学位论文剂，可有效地阻止电子与空穴的复合，同时，,,通过俘获电子产生的各种活性自由基,,,、?,、氧化有机物。价带空穴(,,，)是良好的氧化剂，一般会氧化半导体表面吸附的水(,,,)或与表面羟基(,,’)反应，生成具有很强氧化能力的羟基自由基?,,，因为它们的氧化能力很强，能够把有机物直接氧化成,,,和,,,等无机小分子。 ,，’譬,,, ,(,，,,,) , ,， , , , , 图,,,各种半导体导带和价带的相对位置(,,,,,) 图,(,形象的反应了半导体光催化的整个反应过程，我们 还可以用反应式来表达半导体光催化剂的反应机理。 ,,,,,受光激发后产生载流子:光生电子(,,)和空穴(,，) ,,,,，,,,(,,，,,,,，,，，,一 (,,,) 在电场作用下光生电子和空穴朝不同的方向移动，从而迁移到粒子表面进行氧化还原反应。 ?载流子之间发生复合反应 这个过程电子和空穴迁移相互竞争，不利于光催化反应。 ,，，,,,,,(热量 (,(,) ?由价带空穴引发的氧化反应 ,,,,,，，,,。 (,(,) 武汉理,:人学硕士学位论文 ,，，,,。,?,, , , , ,，？,,,,，,,,?,,，,，，,,。 , ,, ,，，,，,一?,,，,， , ( , )) ?由导带上面的电子诱发的还原反应 ,,，,,一?,,‘ , ,, ?,，’，,，,?,,， , , ,?,,,,?,,，,,,, ,, ,，,,,，, , , , ))) ?发生进一步的催化反应和有机物的降解 ?,,,，,,,，,(—,,,,,，,,’ , (,,，, , ,,,,，,,,?,,，,,’ , ,， , 大分子有机污染物，?,,,”,,,，,,,，无机小分子物质 ,，、,?,，?、,, ,，，，, , ,, , ))) 图,一,半导体光催化反应机理示意图,(,二氧化钛的性质 ,,,,白色粉未无毒、不溶于水、有机酸和弱无机酸，微溶于碱，在自然界中存在三种晶型，分别为锐钛矿型((,,,,,)、金红石型((,,,,,,,)和板钛矿型 (,,,,,,,,)。板钛型是一种不稳定的晶型，在,,,摄氏度以上会直接变成金红石型。板钛型在自然界中的数量不多，在工业上的使用价值也不高。而 武汉理丁大学硕十学位论文型在常温下是最稳定的，但是在高温的情况锐钛矿 , 下会向金红石转化，在超过,,,?的转化会很快，锐钛矿型既存在于自然界中，也可以用人工的方法合成，金红石型是二氧化钛中最稳定的结晶形态。它们的晶格结构见图,(,，锐钛矿型和金红石型均属正方晶系，而板钛型属斜方晶系，它们的主要区别在于八面体结构内部扭曲和结合方式不同。无论是哪一种晶型，每一个钛原子都被六个氧原子所包围，而锐钛矿型和金红石型的单元结构，,,,，离子位于相邻的六个,,离子所形成的八面体中心，其周围的六个氧原子位于八面体的棱角处，有所不同的是金红石的单一晶格是由两个二氧化钛分子组成，然而锐.