｛001｝面TiO2光催化剂的制备、表征及其性能研究

摘要

纳米TiO2晶体材料作为一种性能稳定的光催化剂，其物理化学性质在很大程度上取决于表面的原子排布和电子结构，因此暴露晶面对光催化活性的影响引起了广大基础和技术领域学者的研究兴趣。然而{001}高能晶面的可控液相合成通常借助高毒性、高腐蚀性的HF作为形貌调控剂，且采用水热处理，增加了制备过程的危险性和成本投入;再者高活性面组装结构及其光催化活性方面的研究还处于初步阶段，有待补充和完善。因此本论文结合绿色、温和的液相沉淀法和简便的固相拓扑转变制备了TiO2晶体颗粒，并对制备过程、TiO2微结构及其光催化性能进行了相关研究和探讨，主要研究内容和结果如下:
　　1.采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)诱导液相沉淀法在低温下成功合成了三氟氧钛酸铵(NH4TiOF3)晶体，液相成分对产物结晶性和形貌的影响分析表明，溶剂成分是决定产物物相的关键因素，PVP含量对产物形貌具有调控作用;后通过简单的热处理实现NH4TiOF3向TiO2的固相拓扑转化，并借助热重、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、扫描电镜和光学性能表征对转化前后产物做了较详尽的分析。
　　2.对添加PVP溶液浓度为15 mg mL-1时所得的八边形NH4TiOF3和TiO2微米片微观结构的电镜观察结果显示，前者或以疏松层片状存在，或融合为高度有序的介晶;后者表现为介观晶体的特征，由纳米片（具有{001}表面）亚单元在结晶学上有序组装而成。结合前期一系列分析结果，初步探讨了TiO2微米片的形成机理（以及其前驱体的液相沉淀过程）。
　　3.以亚甲基蓝为目标降解物研究了TiO2粉体的吸附性能和光催化性能，结果表明具有大面积{001}面的片状自组装结构TiO2具有优异的吸附能力，相比于其它形貌TiO2其降解速率明显增强，可比拟商业P25 TiO2。便于分离和较高的循环利用率使该材料在光催化处理污染物方面具备一定的实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 TiO2半导体晶体的概况

1．1．1 TiO2的晶体结构

1．1．2 TiO2的电子结构

1．1．3 锐钛矿TiO2晶体的表面能和表面结构

1．2 {001}面锐钛矿TiO2半导体的研究进展

1．2．1 锐钛矿TiO2形貌的理论预测

1．2．2 {001}面锐钛矿TiO2的合成与组装

1．2．3 {001}面锐钛矿TiO2的性能和应用

1．3 锐钛矿TiO2的光催化技术

1．3．1 原理

1．3．2 应用简介

1．3．3 {001}面锐钛矿TiO2光催化性能的研究现状

1．4 本论文的研究内容与意义

第二章 实验材料与方法

2．1 试剂和材料

2．2 主要实验仪器

2．3 TiO2光催化剂的制备

2．3．1 实验方法

2．3．2 NH4TiOF3的制备

2．3．3 TiO2的制备

2．4 表征方法

2．4．1 X射线衍射(XRD)物相分析

2．4．2 扫描电镜(SEM)分析

2．4．3 透射电镜(TEM)分析

2．4．4 傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析

2．4．5 热重分析(TGA)

2．4．6 紫外-可见吸收光谱

2．5 光催化性能测试

第三章 结果与讨论

3．1 NH4TiOF3的沉积过程

3．1．1 乙醇的影响

3．1．2 PVP的影响

3．1．3 沉积过程的pH值变化

3．2 由NH4TiOF3到TiO2的固相拓扑转变

3．2．1 热处理后的粉末XRD物相分析

3．2．2 固相拓扑化学转变晶体学基础

3．2．3 热处理前后样品的傅里叶变换红外光谱表征

3．2．4 NH4TiOF3样品热力学相变过程的热重分析

3．2．5 烧结温度对TiO2八边形微米片的影响

3．2．6 紫外-可见吸收光谱

3．3 NH4TiOF3与TiO2八边形微米片的微结构分析

3．3．1 NH4TiOF3与TiO2八边形微米片的形貌

3．3．2 NH4TiOF3与TiO2八边形微米片的TEM分析

3．4 TiO2八边形微米片的形成机理探讨

3．5 TiO2的吸附能力和紫外光催化性能

3．5．1 PVP用量对TiO2的吸附能力和紫外光催化性能的影响

3．5．2 烧结温度对TiO2的吸附行为和紫外光催化性能的影响

3．5．3 TiO2八边形微米片降解效果评估

3．5．4 TiO2八边形微米片循环利用降解性能评估

第四章 总结

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢