特殊形貌纳米TiO2的制备、表征及光催化性能研究

摘要

TiO2以其氧化能力强、化学性质稳定、无毒、催化效率高等特点，成为应用最为广泛的纳米材料之一。然而，由于TiO2宽的带隙能，只能在紫外光照射下被激发，为了提高TiO2光催化剂对各种污染物的降解效率，就有必要拓宽TiO2的光响应区域，增强光响应强度。本文分别制备了N掺杂TiO2多孔薄膜以及各种不同形貌结构的TiO2光催化剂，研究了不同光源下样品TiO2的光催化性能。具体工作内容如下:
　　1、以氨水为氮源，采用溶胶-凝胶法制备N掺杂TiO2光催化剂(N-TiO2)，并以硅烷偶联剂kh550对N-TiO2进行改性，分别以P25、N-TiO2、改性的N-TiO2(N-TiO2-m)为原料，依次加入冰醋酸、去离子水、无水乙醇、乙基纤维素和松油醇，通过逐步研磨、旋转涂膜以及高温煅烧制备三种多孔薄膜。并以4-硝基苯酚(4-NP)溶液为目标污染物，研究了紫外光下TiO2多孔薄膜的光催化性能，确定了最佳降解条件，并研究了薄膜耐用性以及三种薄膜对4-NP的光催化性能比较。结果表明，N元素被成功掺杂，在制备的三种多孔薄膜中，N-TiO2-m多孔薄膜的光催化性能最佳。10 mg/L的4-NP溶液吸附30 min，在pH2的条件下，N-TiO2-m多孔薄膜对4-NP的降解率于180 min达到90％以上，且四次循环使用后，180 min的降解率仍接近80％。
　　2、以钛酸四正丁酯(TBT)为Ti源，分别以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂，丙三醇、乙二醇(EG)、尿素为添加剂，通过水热法制备了不同形貌的TiO2光催化剂。分别以不同的表面活性剂、表面活性剂(CTAB、SDBS)与添加剂（丙三醇、EG、尿素）的组合，来改变TiO2光催化剂的形态与结构，此外，还考察了不同的TBT含量对形貌的影响。结果表明，所制备出的TiO2催化剂呈现出较好的三维(3D)结构，观察到的特定3D结构包括双锥形圆柱状、花簇状、海胆状、灯笼状结构。以罗丹明B(RhB)溶液测试样品的光催化性能。其中，在SDBS作用下，所获得的一系列产品形貌结构独特，显示出良好的光催化性能。在紫外光、可见光辐照150 min后，锐钛矿相(72％)及金红石相(28％)共同存在的3D混相海胆状TiO2光催化剂对RhB溶液的降解率分别达到了95％及83％。
　　3、以TBT为Ti源，盐酸为抑制剂，考察了不同单一有机溶剂及混合有机溶剂对TiO2光催化剂形貌的影响。分析结果表明，以甲苯为溶剂时，获得了较好的纯金红石相3D海胆状TiO2，以RhB溶液作为目标污染物，研究了3D海胆状TiO2在不同光源下的光催化性能。光催化实验结果表明，纯金红石相3D海胆状TiO2在紫外光及可见光照射下，均能很好的降解RhB溶液。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．2 TiO2的制备

1．3 TiO2的应用

1．3．1 净化空气

1．3．2 防雾和自清洁

1．3．3 杀菌抗茵

1．3．4 传感器

1．3．5 光催化处理

1．4 本论文的主要工作和意义

第二章 N-TiO2薄膜的制备及光催化降解4-硝基苯酚

2．1 引言

2．2 实验

2．2．1 实验试剂及设备

2．3 TiO2光催化剂的表征

2．4 光催化实验

2．5 结果与讨论

2．5．1 样品的表征

2．5．2 光催化实验

2．6 本章小结

第三章 添加剂对TiO2形貌的影响及光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验

3．2．2 样品制备

3．2．3 样品表征

3．2．4 光催化实验

3．3．1 不同表面活性剂对样品形貌的影响

3．3．2 不同添加剂对样品形态结构的影响

3．3．3 钛源的量对样品形貌的影响

3．3．4 光催化实验

3．4 本章小结

第四章 溶剂对TiO2形貌的影响及光催化性能研究

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 实验试剂及设备

4．3 样品的表征

4．4 光催化实验

4．5 结果与讨论

4．5．1 FESEM表征

4．5．2 XRD表征

4．5．3 UV-Vis吸收光谱分析

4．5．4 BET表征

4．5．5 样品TiO2的光催化性能

4．6 本章小结

第五章 论文总结

5．1 本文总结

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果