高活性{111}面暴露的锐钛矿二氧化钛的制备及其光催化性能的研究

摘要

TiO2的表面形貌对于其光催化性能有着至关重要的影响。本研究中，我们通过水热合成法制备了一种新型的锐钛矿纳米二氧化钛，在NH4F和HF的作用下，高活性｛111｝面占主导地位。本研究的主要进展通过调节NH4+和F-的摩尔比例，可以直接控制二氧化钛暴露的晶面。当NH4+和F-的摩尔比达到1:2,能够得到{111}面为主要暴露面的锐钛矿二氧化钛。当只加入氨水或HF时，得到的纳米锐钛矿二氧化钛暴露面分别为{101}面或{001}面。这样的{111}面暴露的纳米二氧化钛显示出优异的光催化活性,这种活性是｛001｝面的片状二氧化钛和商用的德固赛P25的2-3倍，也就证实了{111}面比{001}和{101}面具有更高的光催化活性。原子在的表面是不饱和Ti5c、Ti3c和O2c模式产生更高的吸附和降解能力。
　　同时，我们还研究了用这种方法所制备的不同晶面暴露的纳米锐钛矿二氧化钛的光催化选择性能。通过上述水热合成法得到｛101｝面、｛111｝面和｛001｝面为主要暴露面的锐钛矿二氧化钛后，煅烧去除表面吸附的原子。结果显示，｛101｝面暴露的二氧化钛结合有残留的N，并且以不饱和N3c的模式存在，在对MO和MB的混合溶液进行光催化选择性实验中表现出对MO的选择性降解。而｛111｝面和｛001｝面暴露的锐钛矿二氧化钛表现出对MB的光催化选择性。这证明了光催化选择性可以被不同的主导晶面影响。经过进一步的分析，我们得出｛001｝面和｛111｝面表面上存在不饱和的O2c，这样的结合模式提高了吸附选择性，在光催化选择实验中表现出的对MB的选择性。在｛111｝表面上，存在的都是不饱和O2c，这也导致｛111｝面更好的光催化选择性。
　　我们的研究提供了一种通过水热法进一步探索纳米材料制备的方法，同时希望发展一个新的光催化选择的方式，提供一种更深层次的对不同晶面的二氧化钛的理解。并且，这项研究的结果也可以应用在光催化、太阳能蓄电池和传感器等领域。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 TiO2光催化的基本原理

1.3 TiO2研究思路

1.4 TiO2制备方法

1.5不同晶面的TiO2的合成

1.6本课题的研究思路和主要内容

第二章 实验试剂与表征分析

2.1 实验试剂与仪器

2.2 TiO2表征

第三章 高活性｛111｝面暴露的纳米锐钛矿TiO2的制备、表征及其光催化性能

3.1 纳米锐钛矿TiO2概述

3.2 实验部分

3.3结果和讨论

3.4结论

第四章 高活性｛111｝面暴露的纳米锐钛矿TiO2光催化选择性的研究

4.1光催化选择性概述

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4结论

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

附录