纳米TiO2的制备、表面修饰及光催化活性研究

摘要

TiO2纳米材料，具有很高的比表面积，很强的吸收紫外线的能力，良好的稳定性，具有高效的光催化活性，且对环境不造成污染，是目前最具应用前景的一种纳米材料，也是一种极具潜力能源材料。本文研究了以下几个方面内容：
　　 1、以四氯化钛和钛酸四丁酯为原料，采用溶胶-凝胶法在低温下制备了四种不同晶相组成的纳米TiO2，通过XRD和SEM对合成的纳米颗粒的晶型、形貌进行研究，以FT-IR和UV-Vis研究产物的表面结构及光吸收特性，得到其带隙能值。分别在紫外光下和可见光下降解甲基橙和罗丹明B溶液，分析晶型组成、光源对TiO2的光催化活性的影响，并与市售的P25做比较，发现制备得到的产物具有很高的活性，除金红石相的TiO2的活性略差，其它产物活性均高于P25，这说明光催化活性除与产物的晶型组成有关，还与粒径、带隙能值等有关。
　　 2、运用微波辅助法和水热合成法两种方法，选用溴化1-乙基-2，3-二甲基咪唑、N-丁基吡啶六氟磷酸盐、聚乙二醇为模板剂制备了系列多孔TiO2，主要是介孔TiO2纳米材料，观察合成方法、模板剂、焙烧温度、原料比率等对TiO2结构与性能的影响。利用XRD、SEM等仪器表征合成产物的晶型、结构、形貌及颗粒大小并且通过N2吸附-脱附实验测试了其比表面积和孔径。研究了其在可见光下对罗丹明B染料溶液的降解活性。结果发现水热合成方法制备得到的产物的粒径均匀，孔径分布窄且均匀，以离子液体为模板剂制备得到的纳米颗粒粒径小。不同原料配比条件下制备的tiO2的光催化效率不同。
　　 3、制备了系列罗丹明B染料敏化的金红石相TiO2，并运用朗博比尔定律准确计算得到系列产物中罗丹明B的实际吸附量，在紫外灯和可见光灯下降解甲基橙溶液，研究吸附量对产物光催化活性的影响，结果表明与未敏化的金红石相TiO2的降解率相比其光催化活性有较大提高。通过溶胶-凝胶法，采用自制的纯相金红石TiO2为原料制备了系列少量CuO掺杂的TiO2光催化剂。因为从X-射线衍射图中很难看出CuO的存在，因此选取其中0.5％掺杂量的CuO-TiO2样品测定了其X-射线光电子能谱，通过分析确定产物中CuO的存在，且发现产物中掺杂了Cu之后，Ti2p区的XPS峰型变宽，掺杂样品的催化活性有所提高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 纳米TiO2的制备方法

1.2.1 气相法

1.2.2 液相法

1.2.3 固相法

1.3 TiO2纳米材料的特性与表征

1.3.1 TiO2纳米材料的特性

1.3.2 TiO2纳米材料的表征

1.4 TiO2纳米材料的修饰

1.4.1 TiO2纳米材料的表面修饰

1.4.2 体相修饰

1.5 纳米TiO2的应用

1.5.1 在污水处理方面的应用

1.5.2 在气体净化方面的应用

1.5.3 在抗菌杀菌方面的应用

1.5.4 在化妆品方面的应用

1.5.5 其他

1.6 本文研究内容

第二章 不同晶型TiO2的制备与光催化降解有机染料活性研究

2.1 实验部分

2.1.1 不同晶相组成TiO2的制备

2.1.2 产物的表征

2.1.3 光催化活性研究

2.1.4 金红石相TiO2光催化活性的寿命测试

2.2 结果与讨论

2.2.1 不同晶型TiO2纳米粒子的X.射线粉末衍射(XRD)图

2.2.2 不同晶型的TiO2光催化剂的扫描电镜(SEM)图

2.2.3 不同晶型的纳米TiO2红外光谱图

2.2.4 不同晶型的纳米TiO2的紫外-可见固体漫反射光谱

2.3 光催化活性研究

2.3.1 甲基橙溶液和罗丹明B溶液的自降解数据

2.3.2 紫外光下纳米TiO2的催化活性

2.3.3 可见光下不同晶型的纳米TiO2降解甲基橙溶液的活性研究

2.3.4 可见光下不同晶型TiO2催化降解罗丹明B溶液的活性研究

2.3.5 金红石型TiO2的可见光催化寿命研究

2.3.6空气对光催化活性的影响

2.3.7 纳米TiO2光催化机理

2.4 本章小结

第三章 多孔TiO2的制备、表征及光催化活性研究

3.1 实验

3.1.1 实验试剂和仪器

3.1.2 多孔TiO2的制备

3.1.3 多孔TiO2的表征

3.1.4 多孔TiO2的光催化活性试验

3.2 结果和讨论

3.2.1 微波辅助法中模板剂种类对TiO2的结构与性质的影响

3.2.2 微波辅助法中模板剂与钛源的比例对TiO2结构与性质的影响

3.2.3 水热合成法中模板剂种类对TiO2的结构与性质的影响

3.2.4 水热合成法中模板剂和钛源的比例对TiO2结构与性质的影响

3.3 本章小结

第四章 染料敏化TiO2和CuO掺杂TiO2的可见光催化性能

4.1 实验部分

4.1.1 实验药品与仪器

4.1.2 金红石型TiO2的制备

4.1.3 罗丹明B-TiO2的制备

4.1.4 CuO-TiO2的制备

4.1.5 产物TiO2的表征

4.1.6 罗丹明B敏化TiO2/系列CuO-TiO2光催化活性实验

4.2 结果与结论

4.2.1 罗丹明B敏化金红石TiO2表征及光催化活性

4.2.2 CuO-TiO2的表征及光催化活性

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢