板钛矿基双相TiO2混晶机理及金红石TiO2光催化活性开发

摘要

采用半导体光催化技术降解环境中的有机污染物是一种高效和清洁的方法。在众多光催化剂中，TiO2因其高效、稳定、清洁、价廉等优点而受到广泛关注。但仍然有两点需要注意:第一、在评估TiO2“表观”光催化活性时候，尤其在解释TiO2混晶机理时候，我们常常没有考虑不同样品对氧气吸附能力的不同，导致得出不合理的结论;第二、TiO2的光催化量子效率依然很低，难以满足实际应用的需求，由于金红石TiO2具有高的“固有”光催化活性，开发金红石TiO2“固有”光催化活性是改进TiO2活性的重中之重。
　　针对以上两点，本论文制备了板钛矿/金红石混晶和板钛矿/锐钛矿混晶，通过考察其“表观”/“固有”光催化活性，重新研究板钛矿基TiO2混晶的氧气转移机理;通过分别加入CuWO4、贵金属和阴离子这两种方法来开发金红石的固有光催化活性。具体内容分为以下三个部分:
　　第一部分，板钛矿基双相TiO2混晶的协同效应通过光催化降解苯酚重新进行研究。为了避免制备过程中TiO2自身物理性质改变的影响，所有样品事先在500℃处理后，再按不同比例混合于异丙醇中，干燥后在450℃焙烧。所有催化剂通过多种表征手段来证实其纯度。为了避免有机物吸附、光敏化.和自降解等影响，选用苯酚作为降解底物。另外，通过双氧水检测实验来研究混晶的氧气转移方向。
　　第二部分，加入少量钨酸铜能显著加快金红石光催化降解水中苯酚，并且该幅度远高于在相同煅烧温度(600℃)下制得的锐钛矿和板钛矿。此结果说明通过加入助催化剂钨酸钢，高温焙烧温度合成的金红石所具有的高固有光催化活性可以被开发出来。重要的是，随金红石煅烧温度从150℃增大到800℃，因钨酸铜而引起的金红石光催化活性增加的倍数也持续增加。此外，在过量苯酚存在下，H2O2的生成量随钨酸铜的加入量而先增加后减少，并且该趋势与苯酚降解速率基本一致。钨酸铜的这种正效应归结于固态的钨酸铜，而不是溶于水中的铜离子。（光）电化学测试表明，体系发生了从受光激发的金红石到钨酸铜的电子转移。这将提高光生载流子的分离效率，从而增大了O2还原和苯酚降解的速率。
　　第三部分，将纳米Ag颗粒直接加入金红石中，成功地提高了金红石的光催化活性。另外，再引入B4O72-离子，进一步提高了催化剂体系降解苯酚的效率，观察到了纳米Ag和B4O72-的协同效应。通过实验数据，Ag和B4O72-之间的协同效应在pH值为7.0的时候最佳，适用范围要优于Cu2+和F-共修饰金红石。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 光催化概述

1．2 半导体光催化基本原理

1．3 TiO2光催化概述

1．3．1 TiO2的晶型结构

1．3．2 TiO2的光催化活性改进方法

1．3．3 TiO2表观／固有光催化活性及其O2吸附能力

1．3．4 TiO2光催化材料的制备

1．4 论文选题依据及研究方案

参考文献

第二章 板钛矿基双相TiO2混晶的机理研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要材料和试剂

2．2．2 催化剂的表征

2．2．3 光催化实验与分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 催化剂表征

2．3．2 O2存在下的光催化反应

2．3．3 AgNO3存在下的光催化反应

2．3．4 光催化还原O2生成H2O2

2．4 结论

参考文献

第三章 CuWO4促进金红石TiO2光催化降解苯酚及其可能机理

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要材料和试剂

3．2．2 催化剂的表征

3．2．3 光催化实验与分析

3．2．4 光电化学实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 催化剂表征

3．3．2 光催化降解有机物

3．3．3 sRT和CuWO4焙烧温度的影响

3．3．4 可能的机理

3．3．5 锐钛矿和板钛矿的对比

3．4 结论

参考文献

第四章 金红石TiO2固有光催化活性的开发

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 主要材料和试剂

4．2．2 催化剂的表征

4．2．3 光催化实验与分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 催化剂表征

4．3．2 光催化降解苯酚

4．4 结论

参考文献

第五章 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 展望

攻读博士学位期间完成的学术论文

致谢