Fe/（W，La）共掺杂纳米TiO的制备、表征及其光催化性能研究

摘要

人们选用适当的金属离子对TiO<,2>粒子进行共掺杂的研究发现，各金属离子之间的协同作用能使电子与空穴得到有效地分离，从而具有比掺杂单一元素的光催化剂更高的光催化活性。本文首先采用溶胶凝胶法制备了Fe<'3+>/W<'6+>、Fe<'3+>/La<'3+>共掺杂纳米TiO<,2>光催化剂，借助X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)和荧光光谱(PL)等多种分析方法对金属离子共掺杂纳米TiO<,2>光催化剂进行表征，并以甲基橙为目标污染物研究了共掺杂纳米TiO<,2>的光催化性能。SEM及XRD等检测分析结果表明：共掺杂纳米TiO<,2>的形状以球形为主，粒径约为20nm，晶型为锐钛矿型；粒子表面吸附了大量的水分子和羟基；共掺杂TiO<,2>纳米粒子并没有引起新的荧光现象，Fe<'3+>和W<'6+>、Fe<'3+>和La<'3+>产生了协同作用，有效抑制了光生电子和空穴的复合。 共掺杂纳米TiO<,2>粒子对甲基橙光催化氧化降解实验结果表明：Fe<'3+>/W<'6+>、Fe<'3+>/La<'3+>共掺杂纳米TiO<,2>的光催化活性比未掺杂或单一掺杂0．05％Fe3+纳米TiO<,2>的光催化活性都高，在低压汞灯下光照60 min后，甲基橙的降解率达到85％以上。当Fe<'3+>/W<'6+>、Fe<'3+>/La<'3+>掺杂浓度分别为0.05％和0.04％、0.05％和0.03％时，催化剂的降解能力最强，降解率达到94％左右。本文还采用水热法制备了TiO<,2>纳米带。纳米带的产量非常高，带的厚度多在20～50 nm之间，长度可达几微米。水热法制备的TiO<,2>纳米带具有锐钛矿、板钛矿以及金红石等晶型，在300°C煅烧1.5h后金红石型含量增加，且带的形状能够较好的保持。TiO<,2>纳米带对甲基橙光催化氧化降解实验结果表明：TiO<,2>纳米带也表现出了较高的光催化活性，在低压汞灯下光照60min后，甲基橙的降解率达到86％以上。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章综述

第二章实验原理和方法

2.1主要实验设备和原料

2.1.1主要实验设备

2.1.2主要实验原料

2.2光催化剂的表征

2.2.1 X—射线衍射(XRD)

2.2.2扫描电镜(SEM)

2.2.3荧光光谱(PL)

2.2.4红外光谱(FT-IR)

2.3光催化性能测试方法

2.3.1实验装置

2.3.2空白实验

2.3.3共掺杂纳米TiO2光催化性能的测试方法

第三章Fe3+/W6+共掺杂纳米TiO2的制备、表征及其光催化性能研究

3.1 Fe3+/W6+共掺杂纳米TiO2的制备

3.2结果与讨论

3.2.1 XRD分析

3.2.2 SEM分析

3.2.3荧光光谱

3.2.4红外光谱

3.3 Fe3+/W6+共掺杂纳米TiO2的光催化性能研究

3.3.1 Fe3+/W6+掺杂浓度对纳米TiO2光催化活性的影响

3.3.2 pH值对Fe3+/W6+共掺杂纳米TiO2光催化活性的影响

3.3.3H2O2的加入量对Fe3+/W6+共掺杂纳米TiO2光催化活性的影响

3.4本章小结

第四章Fe3+/La3+共掺杂纳米TiO2的制备、表征及其光催化性能研究

4.1 Fe3+/La3+共掺杂纳米TiO2的制备

4.2结果与讨论

4.2.1 XRD分析

4.2.2荧光光谱

4.3 Fe3+/La3+共掺杂纳米TiO2的光催化性能研究

4.3.1 Fe3+/La3+掺杂浓度对纳米TiO2光催化活性的影响

4.3.2 pH值Fe3+/La3+掺杂纳米TiO2光催化活性的影响

4.3.3 H2O2的加入量对Fe3+/La3+共掺杂纳米TiO2光催化活性的影响

4.4本章小结

第五章TiO2纳米带的水热法制备、表征及其光催化性能研究

5.1不锈钢高压反应釜

5.2 TiO2纳米带的水热法制备

5.3结果与讨论

5.3.1 XRD分析

5.3.2 SEM分析

5.3.3荧光光谱

5.3.4红外光谱

5.4 TiO2纳米带的形成机理

5.5 TiO2纳米带的光催化性能研究

5.6本章小结

第六章结论及展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文