纳米TiO2粉体N掺杂工艺及其对吸收光谱影响的研究

摘要

过去几十年中，TiO2由于是宽带隙半导体氧化物，已经在工业中受到了广泛关注。与其它的光催化半导体材料相比，TiO2有很好的物理和化学性能，低成本、高稳定性、高催化性、无毒。但是，由于TiO2的带隙能量（3.2eV）较大，在可见光下感应很小，只有在紫外光（λ<405nm）下具有很好的光催化性，而紫外线只占太阳能的5%，在太阳能中比例最高的是可见光，所以要想很好的利用太阳能就要提高 TiO2对可见光的利用率。国内外研究者提高 TiO2在可见光的利用率上已经做出了很多的尝试，例如染料敏化、半导体复合、金属掺杂和非金属掺杂。通过减小带宽可以提高可见光的利用率，主要方法有金属掺杂和非金属掺杂。对于金属掺杂虽然可以减小带宽，但是掺杂金属会成为电子-空穴再复合中心而对光催化不利。而通过非金属（例如C、N、P、S）就可以很好地提高TiO2在可见光的利用率。本文采用水解法和固相法制备氮掺杂的TiO2光催化材料，经过测试后，发现氮掺杂的 TiO2对可见光的利用率明显提高，主要研究内容及结果如下：
　　（1）以尿素为氮源，分别采用固相法和水解法制备氮掺杂的TiO2光催化材料，然后对其进行分析。通过分析后发现，氮掺杂 TiO2的氮源是氨气不是尿素，并且水解法氮掺杂 TiO2也许是由于氨气在高温水中溶解度较小，或者在水中与水的亲和力要大于与 TiO2的亲和力，在水解过程中几乎没有掺杂，主要是在最后烧结过程中进行掺杂。通过比较后发现，用固相法进行氮掺杂TiO2要比水解法效果好。
　　（2）用固相法以尿素为氮源，制备不同温度、不同烧结时间、不同掺杂比例、不同尺寸TiO2的氮掺杂，通过UV-vis分析发现，在不同温度下进行氮掺杂，400℃时红移现象最明显，对可见光利用率最高，烧结时间对红移的影响不是很明显，在400℃烧结0.5h和烧结2h得到的效果是一样的，在400℃下分析不同尺寸对光催化性能的影响发现，5nmTiO2红移现象最明显。

目录

声明

1 文献综述

1.1 研究背景

1.2 纳米TiO2的结构和性能介绍

1.3 半导体光催化性

1.4 提高光催化效率的有效途径

1.5 N掺杂TiO2的研究进展

1.6 本文研究思路及主要内容

2 实验内容及分析方法

2.1 实验试剂及仪器

2.2 表征分析方法

3 氮掺杂纳米TiO2工艺方法的研究

3.1 水解法制备氮掺杂的TiO2

3.2 固相法制备氮掺杂的TiO2

3.3 本章小结

4 氮掺杂TiO2和吸收光谱影响因素的研究

4.1 样品的制备

4.2 温度对N掺杂纳米TiO2吸收光谱影响的分析

4.3 烧结时间对N掺杂纳米TiO2吸收光谱影响的分析

4.4 TiO2颗粒尺寸对N掺杂纳米TiO2吸收光谱影响的分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢