烧结气氛对铁离子掺杂氧化钛相变及光催化性能的影响

摘要

二氧化钛在光催化和光电转化领域受到广泛关注。然而，作为一种宽带隙半导体，二氧化钛对太阳能的利用率很低。同时光生电子与空穴的复合率高，量子产率低，这些极大地限制了其实际应用。针对目前二氧化钛光催化存在的问题，本试验采用溶胶-凝胶法制备了铁离子掺杂的氧化钛凝胶，在不同温度和不同气氛下烧结，利用X-射线衍射仪对样品的相组成及晶格常数进行分析；利用可见分光光度计对粉体的光催化能力进行分析。研究了烧结气氛、烧结温度及铁离子掺杂量对TiO2相变及光催化性能的影响。
　　试验结果表明，铁离子掺杂会对纳米TiO2晶粒的粒径及晶体形貌产生影响，抑制TiO2晶型由锐钛矿向金红石的转变。铁离子掺杂量为0-0.8mol％的情况下，氧化气氛下锐钛矿向金红石转变的温度为450℃；还原气氛下掺杂的铁离子全部溶入氧化钛晶格中。铁离子掺杂量为0-5mol%的情况下，氧化气氛下掺铁量的增加使锐钛矿向金红石转变的温度由450℃升高到500℃；还原气氛下提高烧结温度能促进掺铁量较大的TiO2粉体结晶。将亚甲基蓝作为目标污染物进行光催化降解的试验发现，掺杂适量铁离子后，TiO2粉体的光催化活性提高。还原气氛下当硝酸铁与钛酸四丁酯的摩尔比为5mol％时，光催化活性最佳。

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第一章绪论

1.1 研究背景

1.2TiO2光催化材料研究概述

1.2.1 TiO2晶体结构

1.2.2TiO2光催化机理

1.2.3纳米 TiO2制备方法

1.3 纳米 TiO2光催化剂改性手段

1.3.1贵金属沉积

1.3.2复合半导体

1.3.3金属离子掺杂

1.3.4非金属离子掺杂

1.3.5有机染料敏化

1.4铁离子掺杂 TiO2研究现状

1.5研究目的及内容

第二章试验方法

2.1试验原料及主要仪器

2.1.1试验原料

2.1.2试验仪器及设备

2.2制备方法

2.2.1溶胶-凝胶法

2.3表征手段

2.3.1 X-射线衍射（XRD）

2.4光催化活性的表征与测试

2.4.1光催化试验装置

2.4.2光催化试验步骤

2.4.3亚甲基蓝目标污染物的标准曲线拟合

2.4.4亚甲基蓝目标污染物初始浓度选择

第三章烧结气氛对0.2-0.8mol%铁离子掺杂氧化钛凝胶相变及光催化性能的影响

3.1烧结气氛对铁离子掺杂 TiO2凝胶相变的影响

3.1.1氧化性气氛

3.1.2还原性气氛

3.2铁离子掺杂对 TiO2晶体晶格常数的影响

3.3铁离子掺杂对 TiO2粉体光催化性能的影响

3.3.1氧化性气氛

3.3.2还原性气氛

第四章烧结气氛对1-5mol%铁离子掺杂氧化钛凝胶相变及光催化性能的影响

4.1烧结气氛对铁离子掺杂 TiO2凝胶相变的影响

4.1.1氧化性气氛

4.1.2还原性气氛

4.2铁离子掺杂对 TiO2晶体晶格常数的影响

4.3铁离子掺杂对 TiO2粉体光催化性能的影响

4.3.1氧化性气氛下铁离子掺杂对 TiO2粉体光催化的影响

4.3.2还原性气氛下铁离子掺杂对 TiO2粉体光催化的影响

第五章结 论

参考文献

致谢

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