铁、钒离子掺杂二氧化钛光催化剂薄膜的制备及光催化活性

摘要

该文致力于TiO<,2>光催化剂薄膜及改性TiO<,2>光催化剂薄膜的制备及其光催化性能的研究.初步分析了金属离子非均匀掺杂TiO<,2>光催化剂薄膜的催经活性机理.研究表明:(1)用溶胶凝胶法浸渍提拉工艺制备TiO<,2>光催化剂薄膜.随着镀膜次数的增加,光催化活性不断增强,吸收边缘波长逐渐增大.随着热处理温度的提高,TiO<,2>由无定形向锐钛矿转变,薄膜光催化活性增加.在玻璃与薄膜之间增加了阻隔层SiO<,2>后,光催化活性增强,同时也抑制了TiO<,2>由锐钛矿相向金红石相的转变,使晶粒细化.(2)以普通玻璃为基材,制备铁离子与钒离子非均匀掺杂的TiO<,2>薄膜,薄膜与底材结合致密,厚度约为0.03μm,晶粒约为5nm左右.晶型为锐钛矿.由于掺杂方式不同,薄膜吸收边缘波长呈现出不同的漂移;将金属离子富集在薄膜内部时,TiO<,2>薄膜的光催化活性有很大的提高,其活性最佳值与纯TiO<,2>薄膜光催化活性相比提高了约2.3倍.而将金属离子富集在薄膜表面或均匀分布于整个薄膜中时,光催化效果并不明显.(3)将铁离子、钒离子富集于薄膜内部时,增加了光生电子与空穴的分离效率,电子转移电阻减小,延长了激发电子的寿命,抑制了载流子的复合.光催化活性增强.将铁离子、钒离子富集在薄膜表面时,可能会形成表面态,成为电子空穴的复合中心,电子与空穴在表面复合几率提高,光催化活性反而降低了.

目录

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第一章绪论

1.1多相光催化简介

1.1.1多相光催化的定义

1.1.2光催化的原理

1.2光催化的发展历程

1.3多相光催化在处理有机污染物中的应用

1.3.1水中有机污染物的光催化降解

1.3.2空气中有机污染物的光催化降解

1.4目前所存在的问题

1.4.1光催化效率不高

1.4.2 TiO2光催化剂固定化与光催化效率之间的矛盾

1.5解决途径

1.5.1光催化剂的固定

1.5.2光催化剂的改性

1.6本文主要研究思路及研究内容

1.7研究意义

第二章实验方法与数据分析

2.1实验原料和化学试剂

2.2实验常用仪器设备

2.3光催化剂的表征

2.3.1薄膜表面平整度及薄膜厚度表征(SEM法)

2.3.2薄膜表面晶粒表征(AFM法)

2.3.3晶型的测定(XRD法)

2.3.4 X—射线光电子能谱(XPS)

2.3.5紫外—可见漫反射光谱

2.4光催化实验与催化剂活性验证

2.4.1光催化反应实验

2.4.2反应底物脱色效果

第三章TiO2薄膜光催化性能的影响因素

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3.1.1薄膜的制备

3.1.2物性分析测试

3.2结果讨论

3.2.1TiO2薄膜厚度对催化活性的影响

3.2.2制备温度对催化活性的影响

3.2.3阻隔层SiO2薄膜对催化活性的影响

3.3小结

第四章铁离子非均匀掺杂的TiO2光催化剂薄膜的制备及其光催化性能

4.1实验部分

4.1.1薄膜的制备

4.1.2物性分析测试

4.1.3光催化性能实验

4.2实验结果与讨论

4.2.1薄膜厚度表征

4.2.2 XRD分析

4.2.3 TiO2薄膜透射光谱

4.2.4光催化降解效果

4.3结果讨论

4.3.1铁离子掺杂对光催化效果的影响

4.3.2最佳掺杂浓度

4.2.3掺杂方式对光催化性能的影响

4.4 小结

第五章钒离子非均匀掺杂的TiO2光催化剂薄膜的制备及其光催化性能

5.1实验

5.1.1薄膜的制备

5.1.2物性分析测试

5.1.3光催化性能实验

5.2实验结果

5.2.1 XRD分析

5.2.2薄膜表面形貌表征(AFM)与横截面表征(SEM)

5.2.3 TiO2薄膜的透射光谱

5.2.4光催化性能

5.3小结

第六章非均匀掺杂TiO2光催化剂的催化活性机理初探

6.1实验部分

6.1.1 XPS分析

6.1.2电化学分析

6.2结果与讨论

6.2.1 XPS分析

6.2.2光电化学性质

6.2.3阻抗分析

6.3讨论

6.3.1过渡金属离子掺杂TiO2的机理探讨

6.3.2过渡金属离子非均相掺杂TiO2光催化剂的机理浅探

6.4小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文及攻读硕士学位期间所申请的专利

致谢