静电纺丝法制备稀土掺杂的TiO2纤维及其光催化性能研究

摘要

TiO2是一种新型高效的半导体光催化剂，因其具有具有光化学性质稳定、催化效率高、耐酸碱腐蚀、无毒无害、价格便宜等优点，而备受科学家们青睐。但其禁带较宽（3.2eV），只能吸收紫外光（λ≤387nm），对太阳光的利用率很低。通过TiO2掺杂改性的方法，可以显著提高光量子效率，扩宽光谱响应范围，进而提高它的光催化率。静电纺丝方法是一种有效制备纳米纤维的重要方法，其结构简单，效率高，所以倍受科学家的重视。利用静电纺丝法制备掺杂的无机TiO2纳米纤维是一个非常有价值的研究课题。
　　本文利用静电纺丝法，分别制备了三种稀土元素掺杂的硝酸镨（Pr(NO3)3）/钛酸四丁酯（TBT）/聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、硝酸钐Sm(NO3)3/TBT/PVP、硝酸钬Ho(NO3)3/TBT/PVP和非掺杂的TBT/PVP复合纤维，经高温煅烧得到Pr掺杂TiO2（Pr/TiO2）、Sm掺杂TiO2（Sm/TiO2）、Ho掺杂TiO2（Ho/TiO2）和纯TiO2纤维，并用TG-DSC、FESEM、XRD、FTIR、UV-Vis等表征手段对纤维进行系统表征。结果表明：煅烧后的纤维均为良好的纤维形貌，纤维分散性好。
　　以亚甲基蓝水溶液为废水模型，作为目标降解物，详细研究了Pr/TiO2、Sm/TiO2、Ho/TiO2和纯TiO2纤维的光催化性能。结果表明：稀土掺杂有效的提高了TiO2纤维的光催化率，且掺杂存在一个最佳值。掺杂量为0.1mol%Pr3+、1.0mol%Sm3+、0.3%molHo3+的TiO2纤维的光催化率高于相同离子其他掺杂量的TiO2纤维。

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插图和附表清单

1 绪论

1.1 引言

1.2 TiO2光催化剂的结构和催化机理

1.3 TiO2光催化剂的改性

1.4 静电纺丝技术制备TiO2光催化剂

1.5 TiO2光催化剂在处理污水中的应用

1.6 本文的研究内容和意义

2 实验试剂、仪器和表征方法

2.1 主要实验试剂

2.2 实验设备与仪器

2.3 表征方法

3. 二氧化钛纤维的制备、表征和光催化性能研究

3.1 TiO2纤维的制备

3.2 TiO2纤维的表征

3.3 TiO2纤维的光催化性能研究

3.4 本章小结

4 稀土元素（Pr、Sm、Ho）掺杂二氧化钛纤维的制备、表征和光催化性能研究

4.1 镨（Pr）掺杂二氧化钛纤维的制备、表征和光催化性能研究

4.2 钐（Sm）掺杂二氧化钛纤维的制备、表征和光催化性能研究

4.3 钬（Ho）掺杂二氧化钛纤维的制备、表征和光催化性能研究

4.4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

作 者 简 介