P-TiO2和TiO2/BiOI异质结的制备及可见光催化性能

摘要

近年来光催化剂成为研究热点。其中TiO2光催化剂和两种材料的异质结构的催化剂越来越受到关注。但是由于TiO2的禁带宽度较大并且只能被紫外光激发，因此关于离子掺杂纳米二氧化钛催化剂以及两种材料复合的催化剂的报道越来越多，含磷的纳米二氧化钛光催化剂以及TiO2/BiOI复合的催化剂尤为受到关注。掺杂磷离子后的催化剂有利于对可见光的吸收并且在高温条件下表现出一定的稳定性。异质结构的制备中TiO2-BiOI复合样品的研究获得了广泛的关注，两种材料结合形成p-n结，可以高效的利用可见光，达到在可见光下降解有机污染物的目的。
　　本论文中P-TiO2样品是采取沸腾回流法，以TiCl4为钛源，NaH2PO4为掺杂剂，制取合成不同掺杂浓度的P-TiO2光催化剂，其中6％P-TiO2样品粒径为6nm左右，所制备的样品粒径都较小，均属于TiO2量子点。将所得的样品在马弗炉中煅烧得到高温下不同煅烧温度的样品。利用XPS，XAFS，XAS等表征方法对P-TiO2样品的微观结构进行探讨。TiO2/BiOI样品采取在室温下化学沉淀法制备。实验过程中利用XRD，SEM，TEM，BET，XPS等表征方法对P-TiO2以及TiO2/BiOI样品的晶相组成，形貌以及内部结构进行了探究。利用紫外-漫反射对样品的光学性质进行了研究。并以甲基橙和罗丹明B为模拟污染物，对制备的P-TiO2样品及TiO2/BiOI样品进行了光催化降解的测试。具体结论如下:
　　1、掺杂4％，6％，8％，10％磷酸二氢钠之后的TiO2样品均为纯的锐钛矿相，并且掺杂磷后样品的粒径较小。在高温煅烧下的掺杂P的TiO2样品，随着煅烧温度的升高，样品逐渐由锐钛矿相变成金红石相，掺杂P之后的样品大大提高了其在高温下锐钛矿相的稳定性。以甲基橙和罗丹明B为模拟污染物，掺杂P之后的样品的光催化有了明显的提高，并且存在最佳掺杂量，其中6％P-TiO2的光催化效果最好。煅烧之后在高温下仍保持较好的光催化活性，6％P-TiO2样品在高温煅烧1080℃下2h内对罗丹明B的降解率仍达到了75.7％。
　　2、利用XPS，XAFS，XAS等对P-TiO2样品进行了分析，结果表明，P原子掺杂进入了TiO2的晶格中，使晶体的电子结构发生改变，煅烧之后的样品，逐渐形成金红石相，晶格发生了畸变，破坏了其长程有序。P原子以正五价的形式存在在样品中，并且替代了二氧化钛中Ti原子的位置，取代了部分晶格中的Ti4+，从而形成了Ti-O-P键。
　　3、TiO2/BiOI样品中，当TiO2达到一定的量时，XRD显示出TiO2和BiOI的特征峰，ZiO2量的增多有利于BiOI沿着(110)晶面生长。TiO2/BiOI的复合样品中BiOI以片状结构存在而TiO2以球状存在，并且TiO2颗粒的尺寸远远小于BiOI的片状结构。以甲基橙和罗丹明B为模拟污染物，复合之后的样品的光催化性能均好于单独的BiOI样品和单独的TiO2样品。其中60％TiO2/BiOI样品的光催化效果最好，在40min内对罗丹明B的降解达到98％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 TiO2的光催化机理

1．3 P掺杂纳米二氧化钛及其高热稳定性的研究

1．4 p-n型半导体异质结构的研究

1．5 论文的选题意义和研究的主要内容

1．5．1 选题意义

1．5．2 研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验试剂和仪器

2．2 催化剂的制备

2．2．1 溶液配制

2．2．2 P掺杂纳米TiO2粉体的制备

2．2．3 Bi(NO3)3·5H2O溶液的配制

2．2．4 KI／CH3COONa溶液的配制

2．2．5 表面活性剂溶液的配制

2．2．6 TiO2／BiOI粉体的制备

2．3 光催化性能测试

2．4 本章小结

第三章 P掺杂纳米二氧化钛的制备及高热稳定性的表征

3．1 引言

3．2 结果与讨论

3．2．1 XRD分析

3．2．2 TEM分析

3．2．3 EDX分析

3．2．4 BET分析

3．2．5 UV-vis DRS分析

3．2．6 光催化性能的测试

3．2．7 P掺杂纳米TiO2的可见光催化机理

3．3 本章小结

第四章 磷掺杂纳米二氧化钛微观结构分析

4．1 微观结构分析

4．1．1 XPS分析

4．1．2 XAS分析

4．1．3 XAFS分析

4．1．4 VB XPS分析

4．2 本章小结

第五章 TiO2／BiOI样品的制备及可见光催化性能

5．1 引言

5．2 结果与讨论

5．2．1 XRD分析

5．2．2 SEM分析

5．2．3 TEM分析

5．2．4 EDX分析

5．2．5 BET分析

5．2．6 UV-vis DRS分析

5．2．7 XPS分析

5．2．8 光催化性能的测试

5．2．9 TiO2／BiOI的可见光催化机理

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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