掺杂型二氧化钛纳米空心微球的制备表征及其催化性能

摘要

以甲基丙烯酸、苯乙烯为聚合单体，采用乳液聚合方法制备了表面载有负电荷的聚苯乙烯(PSt)纳米乳胶粒。在乙醇与水的混合溶剂中，使用硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷(KH171)对其进行表面改性。以改性后的PSt乳胶粒为模板，加入钛酸四丁酯(TBT)以及氢氧化钠和硝酸银(AgNO3)，采用共沉淀法制备了Ag2O掺杂型聚苯乙烯/二氧化钛(PSt/TiO2)核壳微球。对其在180℃进行高温液相预处理、80℃干燥、500℃煅烧等制备了Ag掺杂型Ag-TiO2复合空心微球。通过激光粒径仪、电子显微镜(SEM、TEM)、X-射线衍射(XRD)、能谱(EDS)、比表面测定(BET)等测试方法对PSt/TiO2核壳微球及Ag-TiO2复合空心微球的形貌、晶体结构、元素组成、比表面积等进行了表征。考察了Ag-TiO2复合空心微球在紫外光与可见光下对罗丹明B(RhB)的降解情况。结果表明，与未掺杂Ag的TiO2空心粒子相比，在紫外光下，Ag掺量为0.1％(nAg/nTi)的Ag-TiO2空心复合微球对RhB的降解率提高了11％左右;在可见光下，nAg/nTi为1.0％的Ag-TiO2空心复合微球对RhB的降解率提高了30％左右。
　　 按照同样的方法，以KH171改性后的PSt微球为模板，加入TBT以及氯化钠和AgNO3，采用共沉淀法制备了AgCl掺杂型PSt/TiO2核壳微球。对其在180℃进行高温液相预处理、80℃干燥、500℃煅烧等制备了AgCl掺杂型TiO2复合空心微球AgCl-TiO2，并对其进行了SEM、TEM、XRD、EDS、BET等表征。最后考察了AgCl-TiO2复合空心微球在紫外光与可见光下对RhB降解的催化活性。实验结果表明，在紫外光下TiO2及Ag含量为0.1％(nAg/nTi)的AgCl-TiO2复合空心微球活性最高，30 min时对RhB的降解率比未掺杂AgCl的TiO2空心微球提高了13％;虽然AgCl-TiO2在可见光下远低于紫外光下的光催化活性，但与纯TiO2空心纳米微球相比其催化活性明显增强。Ag含量为nAg/nTi=2.0％的AgCl-TiO2复合空心微球催化活性最高，120 min时对RhB的降解率比不含AgCl的TiO2空心微球提高了38％，对AgCl-TiO2在可见光下的催化机理进行了深入讨论。并同Ag-TiO2复合空心微球的催化活性进行了比较。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 TiO2简介及光催化机理

1．3 TiO2光催化活性的影响因素

1．3．1 自身因素

1．3．2 环境因素

1．4 纳米TiO2光催化剂的制备

1．4．1 气相法

1．4．2 液相法

1．5 TiO2光催化剂的改性

1．5．1 金属掺杂

1．5．2 非金属掺杂

1．5．3 金属与非金属共掺杂

1．5．4 半导体复合

1．5．5 表面光敏化

1．6 本课题的提出及研究内容

第二章 实验方法

2．1 试剂与仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 PSt纳米微球模板的制备

2．3 PSt／TiO2核壳微球及掺杂型TiO2空心微球的制备

2．4 模板胶粒、核壳微球及掺杂型TiO2空心微球的表征

2．5 掺杂型TiO2复合空心微球光催化活性测试

第三章 Ag掺杂型TiO2纳米空心微球的结构表征及光催化性能

3．1 引言

3．2 PSt乳胶粒、PSt／TiO2核壳粒子及Ag-TiO2复合空心微球的形态表征

3．3 Ag-TiO2复合空心微球的晶体结构

3．4 Ag-TiO2复合空心微球的比表面及孔结构

3．5 PSt、PSt／TiO2及Ag-TiO2空心微球的基本组成

3．6 Ag-TiO2复合空心微球的元素组成

3．7 Ag-TiO2复合空心微球的UV-Vis光吸收性能

3．8 Ag-TiO2复合空心微球光催化降解RhB

3．9 结论

第四章 AgCl掺杂TiO2纳米空心微球的结构表征及光催化性能

4．1 引言

4．2 PSt模板、PSt／TiO2核壳微球及AgCl-TiO2复合空心微球的形态表征

4．3 AgCl-TiO2复合空心微球的元素组成及晶体结构

4．4 AgCl-TiO2复合空心微球的比表面及孔结构

4．5 AgCl-TiO2空心微球的基本组成

4．6 AgCl-TiO2复合空心微球的UV-Vis光吸收性能

4．7 AgCl-TiO2复合空心微球光催化降解RhB

4．8 结论

第五章 结论

参考文献

致谢

附录