卤化银复合纳米二氧化钛可见光催化剂的研究

摘要

二氧化钛作为n型半导体材料因其化学性质稳定，廉价易得，无毒且催化效率高等优点受到人们的广泛关注，在光催化降解环境污染物方面具有很好的应用前景。然而二氧化钛光催化技术还存在光生电子-空穴对容易复合，对可见光吸收能力差，不能充分利用太阳光的缺点，其光催化应用受到了很大限制，因此，对二氧化钛进行可见光改性并提高量子产率成为目前研究的热点。本论文对银/卤化银、AgBr/TiO2复合纳米光催化剂的合成及其光催化活性进行了研究，使二氧化钛具有较高的可见光催化活性。论文还对其它新型可见光催化剂进行了初步的研究探索，包括冲击波氮掺杂二氧化钛光催化剂和新型无金属g-C3N4光催化剂。
　　 本论文制备了一系列银/卤化银(Ag/AgCl、Ag/AgBr、Ag/AgI)光催化剂，通过比较它们降解甲基橙的光催化活性及XRD、SEM表征发现，滴定法制备的Ag/AgBr光催化剂光催化活性最好，且分散均匀、稳定性好。通过对水合肼、抗坏血酸和可见光三种还原方法的比较发现，由可见光还原制备的Ag/AgBr光催化剂，金属银负载均匀，光催化降解甲基橙活性最好，且Ag/AgBr光催化剂在催化降解前后Ag的相对含量基本上没有发生变化，可见Ag/AgBr具有光稳定性。
　　 以钛酸四丁酯、KBr、AgNO3为前体，合成了系列纳米AgBr/TiO2复合可见光催化剂。利用XRD、TEM、HRTEM和UV-vis等方法对催化剂的晶相组成、形貌、粒度、微观结构、吸光性能等进行了表征。光催化降解亚甲基蓝活性结果表明，复合与单组分催化剂的光催化活性顺序为：AgBr/TiO2＞AgBr＞AgBr/P25＞P25＞TiO2，其中形成异质结的纳米AgBr/TiO2(mAgNO3/mTiO2=3.35)光催化剂由于粒径小(15 nm)、分散均匀且对紫外-可见光(250～800 nm)都有很强的吸收而具有最高的光催化活性。HRTEM结果表明，该催化剂形成了紧密接触的AgBr/TiO2异质结微结构。通过催化剂的循环寿命评价及XPS和EDX表征分析知道，AgBr/TiO2光催化剂的结构在反应前后是稳定的，但由于光敏剂AgBr表面被反应体系中的吸附碳污染，使其光催化活性在循环使用中有所降低。
　　 通过溶剂热及高温热解法合成了新型无金属C3N4光催化材料，其结构均为石墨型的氮化碳结构(g-C3N4)，且对可见光有一定的吸收。其中采用溶剂热法合成的g-C3N4具有较好的光催化活性，而用高温裂解法合成的g-C3N4无光催化活性，但当用速度为2.52 km·s-1的飞片处理时，其光催化活性显著增强。冲击波掺氮改性TiO2的吸收光谱发生了红移，但其光催化活性较低。冲击处理纳米锐钛矿相TiO2后形成了部分srilankite高压相，混相光催化活性显著降低，可见TiO2高压相光催化活性较差。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2半导体光催化技术

1.2.1半导体的结构

1.2.2半导体的光催化性质

1.3 TiO2结构及光催化原理

1.3.1 TiO2的晶相

1.3.2 TiO2光催化机理

1.3.3 TiO2光催化活性影响因素

1.4 TiO2的制备方法

1.4.1溶胶-凝胶法

1.4.2沉淀法

1.4.3水(或溶剂)热法

1.4.4钛醇盐水解法

1.5 TiO2光催化剂的可见光化研究进展

1.5.1有机染料光敏化

1.5.2金属/非金属元素掺杂

1.5.3半导体复合

1.5.4贵金属沉积

1.6 AgBr研究背景及进展

1.7其它新型可见光催化剂的研究探索

1.8本论文的研究目的和内容

1.8.1本论文研究的目的

1.8.2本论文研究的内容

第二章实验部分

2.1实验药品及仪器

2.1.1药品及试剂

2.1.2实验设备及仪器

2.2实验内容

2.2.1银/卤化银光催化剂的制备

2.2.2 AgBr/TiO2光催化剂的制备

2.2.3 g-C3N4光催化剂的合成及冲击改性

2.2.4 TiO2光催化剂的冲击波掺杂改性

2.2.5催化剂的表征

2.2.6催化剂的活性评价

第三章银/卤化银光催化剂的制备工艺及光催化活性研究

3.1最优的制备Ag/AgX工艺的选择

3.1.1溶剂热法制备Ag/AgX工艺讨论

3.1.2滴定法制备Ag/AgX工艺讨论

3.1.3 Ag/AgBr不同制备工艺的比较讨论

3.1.4不同还原方法制备Ag/AgBr比较讨论

3.2 Ag/AgBr光催化剂的稳定性研究

3.3本章小结

第四章AgBr/TiO2复合光催化剂的结构及光催化活性研究

4.1催化剂的表征

4.1.1 XRD表征

4.1.2 TEM表征

4.1.3 UV-vis表征

4.2催化剂的活性评价

4.2.1复合前后光催化剂的活性考察

4.2.2 AgBr/TiO2催化剂中AgBr含量对光催化活性的影响

4.3 AgBr/TiO2复合光催化剂的稳定性研究

4.4本章小结

第五章其它新型可见光催化剂的研究探索

5.1 g-C3N4光催化剂的合成及冲击改性

5.1.1催化剂的表征

5.1.2可见光活性评价

5.1.3小结

5.2 TiO2光催化剂的冲击波掺杂改性

5.2.1催化剂的表征

5.2.2可见光催化活性评价

5.2.3小结

5.3不同相变TiO2光催化剂的研究

5.3.1 XRD表征

5.3.2光催化活性评价

5.3.3小结

第六章结论

参考文献

致谢

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