基于板钛矿TiO2的纳米复合材料的制备及其光催化性能研究

摘要

纳米二氧化钛由于其具有高活性、稳定性、无毒性以及价格便宜等优点，一直是光催化研究领域的热点材料。其中锐钛矿相和金红石相因稳定性高，易合成，受到了广泛的研究，而板钛矿相由于稳定性较差，难合成，所以限制了对它的研究。然而有文献报道认为板钛矿相的光催化活性可能优于锐钛矿相和金红石相，所以本论文主要围绕板钛矿TiO2半导体材料的合成及改性进行了研究。主要结论如下:
　　(1)采用溶液化学方法合成了板钛矿相TiO2类纳米棒状结构。通过系统的调节制备温度和时间，讨论了板钛矿TiO2类纳米棒的生长过程。通过详细的实验表征及光催化性能测试发现，该材料具有特殊结构及光催化活性。并且我们还研究了钛源的不同溶解方式以及溶剂的极性对板钛矿TiO2的形成及光催化性能的影响。
　　(2)采用水热-煅烧法首次成功的合成了Cu掺杂的板钛矿TiO2纳米材料。通过对不同过渡金属(Fe、Cd、Ni、Cu)掺杂板钛矿TiO2的研究，发现无论以何种方法对板钛矿TiO2进行Fe、Cd、Ni的掺杂都会对板钛矿相造成一定的破坏，而通过增加尿素量的水热-煅烧法能够合成出Cu掺杂的板钛矿TiO2，并且在可见光下具有一定的催化活性。
　　(3)采用水热-光照两步法构筑了ZnO2/brookite TiO2异质结构。首先通过水热法合成出了具有特定裸露面的板钛矿TiO2纳米棒，然后利用纳米棒{201}面的强氧化性，通过光照法沉积了宽带隙的ZnO2半导体材料，最终得到了具有光催化活性高且稳定性高的ZnO2/brookite TiO2异质结光催化剂。并且，针对光催化剂在紫外光下的激发特征及半导体之间的协同作用，提出了合理的光催化机理。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 TiO2光催化理论概述

1．2．1 TiO2的能带结构

1．2．2 TiO2光催化原理

1．2．3 TiO2光催化材料研究面临的问题

1．2．4 TiO2光催化活性提高的主要途径

1．3 板钛矿TiO2的结构特征与研究现状

1．4 立题依据和研究方案

参考文献

第二章 实验试剂与仪器

2．1 实验试剂

2．2 实验仪器

2．3 样品测试与分析条件

2．3．1 X射线衍射

2．3．2 扫描电子显微镜

2．3．3 透射电子显微镜

2．3．4 元素含量分析

2．3．5 比表面积和孔径分析

2．3．6 光谱分析

2．3．7 羟基自由基测试

2．3．8 电子顺磁共振

2．3．9 X射线光电子能谱

2．3．10 光催化性能测试

第三章 纯相板钛矿TiO2纳米材料的合成、表征及光催化性能研究

3．1 引言

3．2 纯相板钛矿TiO2的合成及其光催化性能

3．2．1 实验部分

3．2．2 结果与讨论

3．3 硫酸氧钛的水解方式对板钛矿TiO2的形成及其光催化性能的影响

3．3．1 实验部分

3．3．2 结果与讨论

3．4 溶剂的极性对板钛矿TiO2的形成及其光催化性能的影响

3．4．1 实验部分

3．4．2 结果与讨论

3．5 本章小结

参考文献

第四章 过渡金属(Fe、Ni、Cd、Cu)掺杂的板钛矿TiO2的合成、表征及光催化性能研究

4．1 引言

4．2 Fe、Ni、Cd掺杂的板钛矿二氧化钛

4．2．1 实验部分

4．2．2 结果与讨论

4．3 Cu掺杂的板钛矿二氧化钛

4．3．1 实验部分

4．3．2 结果与讨论

4．4 本章小结

参考文献

第五章 板钛矿TiO2纳米棒定向沉积ZnO2异质结的合成、表征与光催化性能研究

5．1 引言

5．2 水热法制备板钛矿TiO2纳米棒

5．2．1 实验部分

5．2．2 结果与讨论

5．3 沉淀法制备ZnO2／brookite-PRE纳米棒

5．3．1 实验部分

5．3．2 结果与讨论

5．4 光沉积法制备ZnO2／brookite-PD纳米棒

5．4．1 实验部分

5．4．2 影响ZnO2／brookite-PD合成的因素

5．4．3 ZnO2／brookite-PD的合成

5．5 光催化性能研究

5．6 光催化机理研究

5．7 本章小结

参考文献

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

硕士期间科研成果

致谢