TiO2自摻雜及其復(fù)合光催化材料的制備與性能研究

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1、＂＊‘＾？論文分類號：１學(xué)校代碼：１０７０８學(xué)號：１５０２０５１ｍ＾ＡＡＡＡｌＡＩＵＩＥＲＳＩＴＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＳＨＡＮＸＮＶＹＯＦ碩士學(xué)位論文＇ＴｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｒｅｅｇＴｉ０２自摻雜及其復(fù)合光催化材料的一牛利軍指導(dǎo)教師姓名：李軍奇教授學(xué)科名稱：材料加工工程賊提娜２０１８年３月ｉ侖文答辯眺誦年５月對立野靴：＿難鮮…Ｉ１ｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍａｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｗｍｍｍｍｍｍａｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍｍ■—申請

2、工學(xué)碩士學(xué)位論文論文題目：TiO2自摻雜及其復(fù)合光催化材料的制備與性能研究學(xué)科門類：工學(xué)一級學(xué)科：材料科學(xué)與工程培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生：牛利軍導(dǎo)師：李軍奇教授2018年5月PreparationandPropertiesofTiO2Self-dopedandItsCompositePhotocatalyticMaterialsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineer

3、ingScienceByLijunNiuSupervisor:AssociateprofessorJunqiLiMay2018TiO2自摻雜及其復(fù)合光催化材料的制備與性能研究摘要近年來，環(huán)境污染問題愈發(fā)嚴(yán)重，人們迫切需要尋找一種技術(shù)來治理環(huán)境污染。半導(dǎo)體光催化技術(shù)以其具有無毒、能耗低以及使用周期長等優(yōu)點(diǎn)引發(fā)了人們的廣泛關(guān)注。在眾多的半導(dǎo)體材料中，TiO2以其具有較高的光催化活性、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒副作用以及成本低廉等特點(diǎn)成為光催化技術(shù)領(lǐng)域的主要研究材料之一。但是，TiO2屬于寬禁帶半導(dǎo)體，光譜響應(yīng)范圍被限制在了紫外光區(qū)域，此外，其光生電子-空穴對的復(fù)合幾率較高、量子產(chǎn)率較低，因

4、而TiO2光降解有機(jī)物的效率受到極大地制約。人們研究發(fā)現(xiàn)可以通過貴金屬沉積，金屬/非金屬離子摻雜，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)等方法克服這些缺陷并改善TiO2的光催化性能。3+本論文中，我們通過Ti自摻雜暴露晶面的TiO2納米片以及將TiO2與NiO、NiTiO3、CdS等半導(dǎo)體構(gòu)建異質(zhì)結(jié)的方式提高其光催化性能。具體研究內(nèi)容如下：（1）以鈦酸丁酯為鈦源，HF為形貌控制劑，用一步溶劑熱法制備出了3+Ti自摻雜暴露{001}和{101}晶面的TiO2納米片。結(jié)果表明：合成出來的TiO23+是由邊長約為30-80nm，厚度約為5nm的納米片組成的。得益于Ti產(chǎn)生的摻雜能級，形成的氧空位減小了禁帶寬度，暴露

5、的高能晶面提高了光生電子-空穴的分離效率，該納米片對有機(jī)染料羅丹明B表現(xiàn)出較好的光催化降解能力。在可見光光照射105min后，羅丹明B的降解率為95.9%，與純相TiO2納米片相比，降解率提高了62.8%。（2）以TiO2微球?yàn)榛w，通過水熱法和煅燒法合成了TiO2@NiO和TiO2@NiTiO3復(fù)合光催化材料。結(jié)果表明：合成的TiO2@NiO和TiO2@NiTiO3復(fù)合微球直徑分別約為800nm和850nm。隨著煅燒溫度的升高，沉淀在微球表面的Ni(HCO3)2先是轉(zhuǎn)化為NiO，而后與TiO2微球反應(yīng)生成NiTiO3。其光催化降解羅丹明B結(jié)果表明：TiO2@NiO光催化劑在紫外光

6、照射70min后，對羅丹明B降解率最高達(dá)到了97.9%。相比于純相TiO2光催化劑的降解率提高了28.1%；TiO2@NiTiO3光催化劑在可見光照射140min后對羅丹明B的降解率最高為99.0%。因此，TiO2@NiO和TiO2@NiTiO3復(fù)合光催化材料均具有較高的光催化降解有機(jī)物的作用。（3）以TiO2微球?yàn)榛w，通過化學(xué)水浴沉淀法合成了TiO2@CdS復(fù)合I光催化劑。氯化鎘為鎘源，硫脲為硫源，檸檬酸鈉為絡(luò)合劑。氨水的量控制2-反應(yīng)體系中S的量，進(jìn)而控制CdS殼層厚度。結(jié)果表明：合成出來的復(fù)合微球直徑約為1μm。當(dāng)加入氨水的量為1mL時(shí)，復(fù)合微球球體尺寸分布均勻，表面粗糙多

7、孔，比表面積相對較大，有利于對有機(jī)物的吸附并提供了更多的活性位點(diǎn)。光催化降解羅丹明B的結(jié)果表明，氨水的量為1.0mL時(shí)，經(jīng)過210min的可見光照射，羅丹明B的降解率為98.0%，相對于純相TiO2的降解率提高了36.8%。說明TiO2@CdS復(fù)合光催化劑的光催化性能明顯提升。復(fù)合半導(dǎo)體材料在界面處形成了異質(zhì)結(jié)，有效地抑制了光生電子-空穴對的復(fù)合。關(guān)鍵詞：二氧化鈦，自摻雜，異質(zhì)結(jié)，光催化IIPreparationandPropertiesofTiO2Self-dope