掺杂Fe对纳米TiO薄膜电极结构和光电催化氧化甲醇影响的研究

摘要

该文研究了Fe<'3+>的掺杂对纳米TiO<,2>薄膜电极对甲醇光催化氧化活性的影响,采用电极表面结构表征、电化学表征及光谱吸收与光电流谱探讨了影响机理.主要内容如下:1.制备了各种Fe<'3+>掺杂的TiO<,2>薄膜电极应用于甲醇光电氧化,结果证明:对于改进的sol-gel法制备的TiO<,2>,适量Fe<'3+>掺杂的TiO<,2>薄膜电极最大光电流是未掺杂的2.2倍,提高了光催化甲醇的活性,同时掺杂Fe<'3+>的TiO<,2>薄膜电极最大光响应的煅烧温度比未掺杂的降低了50℃.电子扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)表征说明:Fe<'3+>的掺杂改变了TiO<,2>的结构;在一定范围内,电极孔隙大且均匀,越有利于产生光生空穴,从而提高TiO<,2>光催化甲醇的活性;通过紫外-可见吸收光谱(UV-vis)表征,一定量铁离子掺杂使纳米TiO<,2>薄膜电极的吸收边带发生了红移,掺铁后的TiO<,2>纳米微粒的光谱响应范围向可见光区拓展,增加了太阳光的利用率.2.通过掺杂Fe<'3+>改进的sol-gel法制备的TiO<,2>与TiO<,2>(P-25)性能及表征的比较分析:粒径大的TiO<,2>(P-25)的光电流大于相对粒径小的TiO<,2>(sol-gel)光响应的电流值,但掺杂Fe<'3+>对提高TiO<,2>(P-25)的光电活性影响较小.说明在一定条件下,粒径大小不是纳米TiO<,2>电极光催化氧化的唯一决定性因素,与有关文献报道不一致;TiO<,2>的制备、掺杂造成结构的不同对其薄膜电极光催化氧化活性有较大影响.3.应用电化学方法研究薄膜电极的表面状态,并获得一些电极性质的有关参数:薄膜电极交流阻抗谱中圆弧半径越小,电荷传递电阻越小,TiO<,2>薄膜电极的光催化活性增强;掺杂的TiO<,2>薄膜电极的平带电势较TiO<,2>负移,空穴密度增大,光催化氧化能力提高.通过光电流作用谱图得知禁带值减小,掺杂薄膜电极吸收边带发生了红移,与光氧化甲醇实验结果一致.4.通过不同方式的Fe<'3+>掺杂对TiO<,2>薄膜电极光催化氧化活性影响及电极性质的探讨,热压后适量掺杂的Fe<'3+>/TiO<,2>薄膜电极光响应最好,进一步验证了,掺杂对在一定粒径范围内的纳米TiO<,2>粒子薄膜电极有效.该文内容系河北省自然基金项目

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米TiO2薄膜电极的光电催化原理

1.3TiO2内部及表面结构与光催化活性关系

1.3.1TiO2内部结构对其光催化活性的的影响

1.3.2TiO2表面结构对其光催化活性的影响

1.3.3煅烧温度对纳米TiO2光催化活性的影响

1.3.4金属离子掺杂对TiO2光催化活性的研究

1.4纳米晶太阳能电池的进展和甲醇的氧化

1.5选题的目的和意义

1.6实验总体思路

第二章实验方法和试剂

2.1主要仪器和试剂

2.1.1主要仪器

2.1.2试剂

2.2实验方法

第三章掺杂Fe3+对纳米TiO2薄膜电极的制备及光电催化氧化甲醇的研究

3.1掺杂Fe3+对溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜电极光电光催化甲醇的影响

3.1.1Fe3+/TiO2(sol-gel)薄膜电极的制备

3.1.2掺杂不同浓度Fe3+对TiO2(sol-gel)薄膜电极光电催化氧化甲醇的影响

3.1.3薄膜电极的表征

3.2掺杂Fe3+对P-25型纳米TiO2薄膜电极光电催化氧化甲醇的影响

3.2.1 Fe3+/TiO2(P-25)薄膜电极的制备

3.2.2掺杂Fe3+对TiO2(P-25)薄膜电极光电催化氧化甲醇的影响

3.2.3Fe3+/TiO2(P-25)薄膜电极的表征

3.3本章小结

第四章Fe3+/TiO2薄膜电极的电化学行为

4.1引言

4.2Fe3+/TiO2薄膜电极交流阻抗行为

4.3掺杂Fe3+/TiO2薄膜电极平带电势的测定

4.3.1平带电势理论简介和测定方法

4.3.2测定条件的选择

4.3.3掺杂Fe3+/TiO2薄膜电极的平带电势的测定

4.4Fe3+/TiO2薄膜电极光电流作用谱图的测定

4.5本章小结

第五章掺杂Fe3+的方式不同对TiO2薄膜电极光电催化氧化甲醇的影响

5.1改变掺杂Fe3+的方式制备薄膜电极

5.2掺杂Fe3+的方式不同对TiO2薄膜电极电催化氧化甲醇的影响

5.3不同掺杂方式的Fe3+/TiO2薄膜电极的表征

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢