收藏本站
《上海交通大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

TiO_2纳米管阵列光电催化降解有机物及分解水的研究

白晶  
【摘要】:纳米TiO_2半导体材料光/电催化降解有机物、分解水制氢一直是环境领域的研究热点。然而几个关键问题严重制约了TiO_2纳米粉体光/电催化技术的广泛应用:即TiO_2的可见光响应、催化剂表面的光生电荷复合和催化剂的有效搭载问题。论文利用阳极氧化技术在电极基体上制备了一层TiO_2纳米管阵列(TNAs)薄膜材料,由于所制备的TiO_2纳米管能够整齐有序地排列在电极基底上,因而光生载流子传输速率快,电荷复合低,能够表现出优异的光电催化性能。论文研究了这种新型TiO_2纳米管阵列电极的制备、形成机理和光电催化降解污染物性能,并在此研究基础上,设计了一种新型的光电催化薄层反应器,用于有机污染物的高效处理,同时制备了可见光响应的TiO_2纳米管阵列复合电极,应用于可见光光电催化和产氢。 TiO_2纳米管阵列的形态结构。阳极氧化电位、电解质、反应时间因素等影响着TNAs的形态结构。在氢氟酸水溶液电解质中,控制阳极氧化电位5-20 V,反应时间60min可以获得管径20-100 nm,管长300-800nm TNAs;在含有柠檬酸的含氟电解质中,控制阳极氧化电位20 V,反应时间8h,可以得到1.5μm长的TNAs;在含氟的DMSO和EG有机电解质中,控制阳极氧化电位20-60 V,反应时10-60h可以得到管径100-200nm,管长7-60μm的TNAs。刚生成的TNAs是无定形结构,400℃-500℃煅烧后转变成锐钛矿晶型,600℃煅烧后转化为锐钛矿与金红石混晶型。DRS显示随着TNAs管长增加,TiO_2的吸收边向长波移动。 在氢氟酸电解质中,金属钛阳极氧化形成TNAs的机制为:阳极氧化的初期金属钛表面迅速形成致密的阻挡层,然后表面逐渐形成小凹坑,随后小凹坑逐渐变为大凹坑,同时凹坑发生溶合逐渐形成小孔径纳米管,小孔径纳米管融合最终变成完整的大孔径纳米管。 TNAs电极具有高效的光电催化降解有机污染物性能。TNAs能表现出优异的光电催化降解偶氮染料AO-7有机物的性能,并具有良好的稳定性。重复处理AO-7溶液20次实验后,TNAs电极始终保持高的光电催化效率。电解质Na_2SO_4的浓度,光强,煅烧TNAs的温度和溶液pH等因素对光电催化降解效率有一定的影响。 新型的光电催化薄层反应器的设计与应用。反应器的结构设计是决定光电催化降解有机物效率的关键因素之一。基于实验制备的钛基双面TiO_2纳米管阵列电极,设计一种具备双面光照特征的光电催化降解有机物薄层反应器。与传统反应器比较,该反应器可以有效的改善传质,提高光电催化降解有机污染物的效率,缩短反应时间,即使处理高浓度的有机废水仍能保持高效的处理效率。反应器始终能保持稳定的高处理效率,在20次的重复降解实验中,反应器保持了93.1? 1.3%的脱色率。 可见光响应型CdS/TiO_2纳米管阵列复合电极的制备及应用。通过化学池沉积的方法,在TiO_2纳米管阵列电极表面负载一层粒径在10nm左右的CdS纳米颗粒。DRS分析表明这种复合TNAs电极的吸收边从紫外区370nm红移到540nm左右,具有明显的可见光响应性能。光电化学实验表明,与纯TiO_2纳米管阵列相比,导电玻璃基CdS/TiO_2纳米管阵列复合电极,其可见光光电分解水的转化效率从0.33%提高到2.58%,提高了11.7倍。光电催化分解水实验表明,产氢率可达1.12ml/cm~2.h。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O614.411

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 A.Sadeghzadeh Attar;Sh.Mirdamadi;F.Hajiesmaeilbaigi;M.Sasani Ghamsari;;Growth of TiO_2 Nanorods by Sol-gel Template Process[J];Journal of Materials Science & Technology;2007年05期
2 尚静,徐自力,杜尧国,郭海忱;超细粉TiO_2光催化氧化SO_2的研究[J];高等学校化学学报;2000年08期
3 李晓红,张校刚,力虎林;TiO_2纳米管的模板法制备及表征[J];高等学校化学学报;2001年01期
4 郝恩才,孙轶鹏,杨柏,沈家骢;CdS/TiO_2复合纳米微粒的原位合成及性质研究[J];高等学校化学学报;1998年08期
5 孔海霞,孙彦平,武爱莲;TiO_2薄膜光电极能带结构和催化活性的初探[J];感光科学与光化学;2004年05期
6 付敏,原鲜霞,马紫峰;TiO_2纳米管制备及其应用研究进展[J];化工进展;2005年01期
7 葛伟杰,周保学,张哲,熊必涛,郑青,蔡伟民;染料敏化太阳能电池纳米TiO_2制备及多孔电极膜研究进展[J];环境化学;2005年06期
8 郑青;周保学;白晶;蔡伟民;廖俊生;;TiO_2纳米管阵列及其应用[J];化学进展;2007年01期
9 李伟,王晓冬,杨建军,张顺利,金振声,张治军;高比表面积TiO_2纳米管的制备与表征[J];化学研究;2002年03期
10 ;Controllable incorporation of CdS nanoparticles into TiO_2 nanotubes for highly enhancing the photocatalytic response to visible light[J];Science in China(Series B:Chemistry);2009年12期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 伍军,刘鹏,吴潘,张昭;超声波场中硫酸氧钛的水解研究[J];四川有色金属;2003年03期
2 徐丽君;李亮;陈六限;李兴华;刘知路;;攀西地区钒钛磁铁矿综合回收利用现状及发展方向[J];四川有色金属;2011年01期
3 沈斌;蒋茹;朱华跃;;H_2O_2辅助TiO_2/CdS/壳聚糖复合膜光催化甲基橙脱色研究[J];安全与环境学报;2010年02期
4 彭英才;江子荣;王峰;马蕾;娄建忠;;纳米结构太阳电池的研究与展望[J];微纳电子技术;2011年08期
5 王波;顾修全;;染料敏化TiO_2单晶纳米棒阵列太阳电池的性能[J];微纳电子技术;2012年05期
6 尚世通;张雷;郝慧聪;徐爱琴;王丽;王德英;;改性TiO_2的制备、表征及光解水制氢性能研究[J];环境科学与管理;2010年04期
7 邢光建,姚望,陈光华,李瀛,阎红;表面活性剂控制金属醇盐水解制备纳米TiO_2粉体[J];北京工业大学学报;2004年03期
8 王德宪,林鸿宾;溶胶-凝胶纳米技术与镀膜功能玻璃材料[J];玻璃;2004年03期
9 韩峰,王豫跃,杨冠军,王赜,李长久;电弧功率对液料等离子喷涂TiO_2纳米涂层结构的影响[J];中国表面工程;2003年03期
10 刘玉华;秦丕锡;潘杰;;新型纳米光催化薄膜的结构设计与应用研究[J];山东陶瓷;2005年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈磊;李菲晖;巩运兰;;阳极氧化法制备TiO_2纳米孔薄膜的电压施加方式研究[A];2011年全国电子电镀及表面处理学术交流会论文集[C];2011年
2 吴青龙;廖俊生;柏云;;高度有序TiO_2纳米管阵列制备及电催化析氢性能的初步研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第4册)[C];2009年
3 王芹;翁履谦;徐国跃;王秀华;胡永芳;台国安;;TiO_2纳米管的合成机理研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
4 郝彦忠;韩文涛;;钛盐纳米管的制备及光电性能研究[A];2005年功能材料学术年会论文集[C];2005年
5 王永强;赵东风;赵朝成;刘义;刘芳;于秀娟;;可见光催化剂S_xTi_(1-x)N_(2-y)O_y的制备及其光电特性的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
6 陶振华;张海丽;韩德新;周雅文;赵华;田福祯;;载银纳米TiO_2抗菌剂的制备及抗菌性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(9)[C];2007年
7 陈影声;陈巧平;谢鸿芳;陈震;陈强;陈晓;郑曦;陈日耀;;NiO-TiO_2纳米纤维的制备和光催化行为研究[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第三卷)[C];2010年
8 李鹰;刘峙嵘;董庆珍;;生物氧化制备聚合磷硫酸铁及应用[A];第五届全国水处理化学品行业年会论文集[C];2009年
9 陈铭夏;沙燕明;上官文峰;;TiO_2/Ag~+复合光催化材料及其抗菌性能研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2003年
10 邱伦文;;对钛白废酸浓缩回用的思考[A];冶金循环经济发展论坛论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王爱萍;改性纳米二氧化钛薄膜制备及其在模拟海水中光生阴极保护性能研究[D];中国海洋大学;2010年
2 刘海津;新型掺杂二氧化钛纳米管光催化材料的制备及其光催化性能的研究[D];河南师范大学;2010年
3 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年
4 姜平;序批式电解与可见光催化降解4-NP的研究[D];大连理工大学;2011年
5 王芸;电化学阻抗谱在复合材料结构和性能研究中的应用[D];华中科技大学;2011年
6 胡安正;一维ZnO、TiO_2纳米阵列制备、修饰及其性能研究[D];华中师范大学;2011年
7 储金宇;可见光光催化剂制备、表征及光催化效果研究[D];江苏大学;2011年
8 张文彦;钛合金阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列结构及其物性的研究[D];中南大学;2011年
9 郭建峰;新型可见光催化剂的合成和催化性能研究[D];复旦大学;2011年
10 李兰;二氧化钛纳米管吸附Ag、Pt团簇体系第一性原理研究[D];中国海洋大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 庞宇;纳米TiO_2的表面改性及其对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响[D];南昌航空大学;2010年
2 樊丽霞;卤族元素掺杂纳米TiO_2的光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
3 洪海霞;Ag~+掺杂TiO_2薄膜在304不锈钢上的制备及其抗海水腐蚀性能研究[D];中国海洋大学;2010年
4 林峰;载银二氧化钛纳米粒子的制备及其在抗菌塑料中的应用[D];湖南工业大学;2010年
5 訾彤彤;水热合成TiO_2纳米管及光催化性能的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 蒋健翔;CdS/介孔TiO_2复合半导体光催化降解苯酚的研究[D];浙江大学;2011年
7 路辉;高品位人造金红石的制备研究[D];昆明理工大学;2010年
8 赵常青;钛精矿制取富钛料新工艺的研究[D];昆明理工大学;2010年
9 宫伟;提高钛渣品质的新工艺研究[D];昆明理工大学;2010年
10 徐庆鑫;氯化法钛白粉生产中沸腾氯化渣的研究[D];昆明理工大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黎兵,冯良桓,郑家贵,蔡亚平,蔡伟,李卫,武莉莉;CdS薄膜的制备及其性能[J];半导体学报;2003年08期
2 刘鸿,冷文华,吴合进,成少安,吴鸣,张鉴清,李文钊,曹楚南;光电催化降解磺基水杨酸的研究[J];催化学报;2000年03期
3 吕明;苏雪筠;饶平根;;新型光解水制氢用半导体光催化材料的研究进展[J];材料导报;2005年05期
4 王德军,江雷,李萍,刘学莹,白玉白,李铁津;电场调制对表面光电压谱的影响[J];高等学校化学学报;1991年04期
5 徐自力,尚静,刘春明,社尧国,王玲,郭海忱,董凤霞,李文艳;正戊烷与SO_2气相光化学反应自由基机理的ESR验证[J];高等学校化学学报;1999年09期
6 潘善林,张浩力,彭勇,王臻,力虎林;模板合成法制备金纳米线的研究[J];高等学校化学学报;1999年10期
7 李晓红,张校刚,力虎林;TiO_2纳米管的模板法制备及表征[J];高等学校化学学报;2001年01期
8 罗瑾,周静,祖延兵,林仲华;电沉积二氧化钛纳米微粒膜的光电化学性能和表面形貌研究[J];高等学校化学学报;1998年09期
9 王瑞斌,戴松元,王孔嘉;纳米TiO_2性能表征及在染料敏化纳米薄膜太阳电池中的应用[J];高技术通讯;2003年01期
10 文晟,赵进才,盛国英,傅家谟,彭平安;菲在TiO_2催化下的光降解研究[J];感光科学与光化学;2002年06期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王红;傅刚;陈环;刘志宇;;TiO_2纳米管阵列的制备及复阻抗分析[J];材料导报;2008年S1期
2 李洪义;白新德;凌云汉;李娟;张岱岚;王金淑;;外加电压对阳极氧化钛纳米阵列结构的影响[J];稀有金属材料与工程;2007年07期
3 郭宏;白晶;李金花;周保学;蔡伟民;;玻璃基底TiO_2纳米管阵列的制备及其光电性能研究[J];材料科学与工艺;2009年05期
4 郭孟狮;杨靖华;李荀;刘军伟;陈琦;张凌紫;郗英欣;;TiO_2纳米管研究及应用进展[J];化工新型材料;2006年07期
5 万永彪;吴莲苹;林微;韩伟春;赵莲花;;电化学阳极氧化法制备TiO_2纳米管[J];延边大学学报(自然科学版);2008年01期
6 李纲;刘中清;王磊;卢静;张昭;;NH_4F/H_3PO_4体系中阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列(英文)[J];无机化学学报;2009年06期
7 孔德国;张红美;;TiO_2纳米管的制备方法[J];塔里木大学学报;2010年04期
8 刘世凯;杨海滨;付乌有;;阳极氧化TiO_2基纳米管阵列改性的研究进展[J];硅酸盐通报;2011年03期
9 林治顺;潘湛昌;彭康华;肖楚民;张环华;;负载型TiO_2光电催化降解酸性红B[J];工业水处理;2008年03期
10 陈新华,肖泽波;氧化铝模板法制备聚甲基丙烯酸甲酯纳米管阵列[J];许昌学院学报;2004年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 崔春翔;戚玉敏;高鑫;李勇;王晶;刘慧;;钛表面原位自生TiO_2纳米管抑菌种植牙材料的研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第5分册)[C];2010年
2 吴青龙;廖俊生;柏云;;高度有序TiO_2纳米管阵列制备及电催化析氢性能的初步研究[A];中国核科学技术进展报告——中国核学会2009年学术年会论文集(第一卷·第4册)[C];2009年
3 宋玲霞;王玮;王敏;孙明亮;贺本林;李丰屹;刘威;;甘油电解液对阳极氧化TiO_2纳米管阵列的形貌及其光电性能的影响[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
4 王玥霁;刘成龙;谢霖;黄伟九;;热处理对TiO_2纳米管的结构和表面粗糙度影响[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第三卷)[C];2011年
5 廖建军;潘能乾;林仕伟;;两端通透TiO_2纳米管膜的制备及其应用[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年
6 李静;林泽泉;朱燕峰;林成钢;林昌健;;TiO_2纳米管阵列膜对钢筋混凝土光生阴极保护作用研究[A];2010年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议摘要集[C];2010年
7 马莹;董林;曹国喜;田勇涛;贾晓林;;N掺杂TiO_2纳米管阵列的制备与性质研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
8 迟煜頔;李广忠;张文彦;康新婷;荆鹏;;TiO_2纳米管的制备方法研究[A];有色金属工业科学发展——中国有色金属学会第八届学术年会论文集[C];2010年
9 廖海达;程龙;余奎;;高长径比TiO_2纳米管阵列的制备、掺杂及其可见光光电催化性能研究[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
10 王岩;吴玉程;秦永强;崔接武;郑红梅;洪雨;王庆平;;电压条件对快速组装TiO_2纳米管阵列速率的影响研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 宋常田;二氧化钛研究在国内取得新进展[N];中国改革报;2009年
2 张巍巍;薄膜装置能生产99%纯度氢[N];科技日报;2011年
3 本报记者 宋沐洋;光触媒:期待标准化生存[N];中国消费者报;2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 侯阳;可见光响应型TiO_2基纳米管阵列与ZnFe_2O_4纳米球的制备及性能研究[D];大连理工大学;2011年
2 张芬;TiO_2基纳米管的制备、改性及性能研究[D];中国海洋大学;2011年
3 白晶;TiO_2纳米管阵列光电催化降解有机物及分解水的研究[D];上海交通大学;2010年
4 张文彦;钛合金阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列结构及其物性的研究[D];中南大学;2011年
5 王培志;不同管径TiO_2纳米管对钛种植体周围骨再生的影响[D];南京医科大学;2012年
6 曹春斌;阳极氧化TiO_2纳米管阵列的制备、生长机理及光催化应用研究[D];安徽大学;2011年
7 张声森;TiO_2纳米管阵列的制备、改性及其光催化性能研究[D];华南理工大学;2012年
8 陈婧非;TiO_2纳米管的性能改进及其在染料敏化太阳电池中的应用研究[D];上海交通大学;2011年
9 许元妹;晶相和形貌可控的TiO_2纳米晶和取向薄膜的合成及其在染料敏化太阳电池中的应用[D];华南理工大学;2010年
10 夏淑梅;磁性颗粒负载纳米TiO_2光催化剂的制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 冯娟娟;TiO_2纳米管阵列阳极氧化法制备、改性及光电催化性能研究[D];西北大学;2010年
2 王雪莱;TiO_2纳米管的合成、光电催化及对其结构形貌的影响[D];武汉理工大学;2010年
3 闫国田;共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究[D];河南大学;2011年
4 刘绍欢;TiO_2纳米管阵列的改性与光电性能研究[D];湖南大学;2010年
5 李香利;超声辅助阳极氧化制备TiO_2纳米管光阳极[D];河南科技大学;2011年
6 崔强;形貌与结构对TiO_2纳米管光催化性能和抗菌性能的影响[D];西南交通大学;2010年
7 齐雪峰;脉冲电源制备TiO_2纳米管阵列及其光电特性研究[D];吉林大学;2011年
8 李自夏;形貌可控的TiO_2纳米管阵列的制备及其太阳能电池上的应用[D];兰州大学;2011年
9 温凯;金属离子掺杂TiO_2纳米管制备及光催化还原CO_2性能研究[D];西北大学;2011年
10 崔文娟;Fe~(3+)/B掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光催化性能研究[D];兰州理工大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026