新型Bi3Ti2O8F半导体光催化剂的制备及其表面改性研究

摘要

催化剂表面是催化反应发生的重要场所，以表面氟化修饰为代表的表面改性技术是提高催化剂催化活性最简单有效的方法之一。但是，表面氟化改性存在工艺条件苛刻、改性效果有限、脱氟失效的缺点。基于此，我们提出了氟化物催化剂表面自发氟化改性的概念，并选取半导体材料Bi3Ti2O8F(BTOF)为研究对象，它不仅包含催化剂中最常用的Bi和Ti元素，还具有典型铋系催化剂类似的层状结构。我们探索了BTOF简单化学法合成工艺、研究了材料表面特性与染料敏化活性和本征光催化活性之间的关系。结果如下:
　　1.探索出合成BTOF绿色湿化学法。制备出纯度高、结晶度好的纳米片状形貌的粉末样品。这些纳米片相互垂直地交叉生长，形成规整的三维网络，拥有高的比表面积和大量微孔。
　　2.BTOF具有优秀的表面特性:丰富的表面Ti-F基团、较强的表面电负性、优异的阳离子染料吸附能力，并且表面氟化特性具有较高的稳定性。
　　3.证明了BTOF是一种有效的染料降解催化剂。染料降解实验发现，BTOF表现出非常高的降解效率。但是BTOF对染料的降解是染料敏化的过程，未表现出本征光催化活性。
　　针对制备的BTOF(1)本征光催化活性缺失和(2)可见光响应低两个缺点，我们又开展了BTOF的改性研究，得到以下结果:
　　4.发现并消除了限制BTOF本征光催化活性的首要因素:表面羟基。采用酸性KI溶液处理样品(I-BTOF)，通过离子交换法消除了表面羟基，激活了BTOF的本征光催化活性。在染料降解中，I-BTOF通过染料敏化和本征光催化两种方式同时进行，效率进一步提高。
　　5.采用I掺杂和表面碘化法提高了BTOF的可见光响应。表面碘化和碘掺杂明显提高催化剂可见光吸收能力。

目录

声明

摘要

第一章 前言

第二章 文献综述

2．1 半导体光催化技术

2．1．1 半导体光催化技术简介

2．1．2 半导体光催化原理

2．1．3 影响半导体催化剂活性的因素

2．2 钛基催化剂的研究及运用

2．2．1 TiO2

2．2．2 多元钛基光催化剂

2．3 钛基催化剂的表面特性及改性

2．3．1 钛基催化剂的表面性质

2．3．2 表面氟化改性

2．3．3 其他改性方法

2．4 本课题的选题依据和研究内容

第三章 Bi3Ti2O8F的制备及催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 催化剂制备

3．2．4 催化剂表征

3．2．5 催化剂性能评价

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 催化剂的物相和形貌

3．3．2 样品表面成分及稳定性分析

3．3．3 吸附特性的表征和分析

3．3．4 样品的光催化活性和稳定性

3．3．5 BTOF的光催化机理研究

3．4 本章小结

第四章 Bi3Ti2O8F的表面碘化和碘掺杂

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂和仪器

4．2．2 催化剂的制备

4．2．3 催化剂的表征

4．2．4 催化剂的性能评价

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 催化剂的物相和形貌

4．3．2 催化剂的表面成分

4．3．3 样品的光学吸收特性

4．3．4 催化剂的染料吸附特性和降解效率

4．3．5 催化剂的本征光催化活性

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

个人简历

攻读硕士学位期间发表的论文和其他科研成果