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《浙江大学》 2010年
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非金属掺杂TiO_2基纳米材料的制备新方法、结构表征及可见光催化降解气相甲苯性能

董帆  
【摘要】: 近年来,挥发性有机污染物(VOCs)引起的环境污染问题日益受到公众广泛关注。非金属掺杂TiO2可见光催化降解VOCs被公认是最有前景的绿色环境净化技术之一。然而非金属掺杂在TiO2可见光催化中的作用机理尚不明确;催化材料制备工艺较为复杂;可见光催化性能有待进一步提高。本文针对非金属掺杂TiO2走向应用存在的科学与技术问题,对非金属掺杂TiO2可见光催化作用机理、催化材料制备方法以及过渡金属表面改性等方面进行了有益的探讨。研究结果深化了对可见光催化作用机理的认识,为非金属掺杂TiO2光催化材料的制备提供了新方法,同时为其应用奠定了理论基础。 针对非金属掺杂TiO2可见光催化机理,采用简易的TiN氧化法制备N掺杂TiO2,在获得VB-XPS和PL等证据基础上,构建了用于描述可见光照射下N掺杂TiO2上光生电子转移过程的物理禁带结构模型。这一过程可描述为三个步骤:可见光激发下,电子从N-杂质能级跃迁至CB;光生电子被Ov俘获;Ov上电子与N-上的空穴复合产生PL信号。在400℃下对氢氧化钛和尿素的混合物进行热分解,得到多形态N掺杂TiO2纳米颗粒;掺杂N元素以取代型(N-Ti-O和Ti-O-N)和间歇型(π*特征NO)三种形态存在,分别位于价带顶之上0.14和0.73 eV;建立了多形态N掺杂TiO2的禁带结构物理模型,用于阐明不同形态N在可见光催化中的作用,同时也可用于理解其它类型非金属掺杂TiO2的可见光催化机理。热裂解法制备样品的可见光催化活性(k=0.045 min-1)明显高于其它样品,包括P25(k=0.0013 min-1)。这可归因于多形态N掺杂TiO2的强可见光吸收、良好结晶度、高表面羟基含量以及光生电荷分离加强等因素的协同作用。 为解决非金属掺杂TiO2制备工艺中存在的问题,开发了一种C掺杂TiO2一步绿色合成新工艺。以廉价易得的硫酸钛和葡萄糖为前驱体,通过一步水热法制备了具有高可见光催化活性的介孔C掺杂TiO2,制备过程不产生有毒副产物。掺杂C取代TiO2晶格氧的位置,VB-XPS观测到的价带上方新电子态是C掺杂TiO2可见光活性的起因。在可见光催化降解气相甲苯中,绿色合成的介孔C掺杂TiO2活性优于P25和其它方法制备的C掺杂TiO2。再以蔗糖为C掺杂前驱体,通过一步绿色合成法制备了介孔C掺杂TiO2。对C掺杂TiO2进行热处理能够显著改变其微观结构并提高可见光催化活性。200℃条件下,样品掺杂C含量增加,可见光吸收强度增加,光生电子-空穴对分离得到强化,光催化活性增强。样品C-TiO2-200的可见光催化活性是原C掺杂TiO2的近3倍。本法成本较低、容易放大,为污染控制和太阳能转化的未来工业化应用提供了一种有效的通用方法。 基于一维钛酸盐的特殊结构特征,建立了一种基于钛酸盐“纳米限制效应”的非金属掺杂TiO2制备新方法。采用强碱水热法制备氢钛酸纳米管,利用其中空层状结构,以乙醇为非金属掺杂源,在N2保护气氛下进行不同温度热处理,首次得到具有可见光催化活性的C掺杂TiO2纳米管、纳米线和纳米棒;以硫脲为非金属掺杂源,在有氧条件下进行热处理氢钛酸和硫脲的复合物,制备得到具有高可见光催化活性的新型双途径一维C、N和S共掺杂TiO2。硫脲和乙醇分子在TNTs内部的纳米限制效应在形成不同一维非金属掺杂TiO2纳米结构中起到了关键作用。这一新方法具有较广泛的适用性,可为制备其它类型非金属掺杂TiO2纳米结构和纳米管材料的改性提供了新的思路。 为进一步提高非金属掺杂TiO2的可见光催化性能,采用浸渍法对C掺杂和N掺杂TiO2进行过渡金属表面修饰。提出了过渡金属表面修饰非金属掺杂TiO2提高可见光催化活性的机理。对N掺杂TiO2进行表面Fe3+/Fe2+表面改性,Fe2+/Fe3+的氧化还原循环作用可提高光生电子和空穴的分离效率,Fe3+/Fe2+表面修饰增强了晶格N的稳定性,提高可见光催化降解甲苯的活性和光化学稳定性。基于半导体复合原理,对C掺杂TiO2进行表面V2O5修饰,C掺杂TiO2和V2O5之间形成了纳米异质结,有效抑制了光生电荷的分离,提高了可见光催化活性。对非金属掺杂TiO2进行表面修饰能够显著提高其可见光催化性能,为非金属掺杂TiO2的实际应用奠定了理论基础。 通过浸渍-煅烧法对C掺杂TiO2进行了表面Pt改性,构建了新颖的三组分Pt/C掺杂TiO2/PtCl4纳米异质结体系。提出了一种基于三组分Pt/C掺杂TiO2/PtCl4纳米异质结体系的可见光催化过程机理。该光催化剂体系增加了对可见光的利用,强化了光生电荷分离和迁移过程,表现出比单一C掺杂TiO2高5倍以上的可见光催化活性,这为设计和合成多组分高效可见光催化材料提供了新的思路。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:B
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X511;TB383.1

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1 朱艳艳;结构调控对半导体光催化活性的影响研究[D];清华大学;2015年
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1 涂乔逸;基于钯金合金与BiFeO_3/g-C_3N_4复合材料的光催化—电芬顿耦合催化性能研究[D];南昌航空大学;2018年
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4 苑丁;卤化氧铋复合物的制备及光催化性能研究[D];江苏大学;2017年
5 武广利;碳掺杂ZnO不同形貌材料制备及其光催化性能研究[D];河南师范大学;2015年
6 赵艳艳;氮改性宽带隙氧化物纳米材料的合成及其光催化应用[D];扬州大学;2015年
7 刘琼;BiVO_4光催化剂的制备及改性研究[D];沈阳理工大学;2013年
8 陈晓淼;镧、钐、铕掺杂TiO_2介孔材料的制备及其光催化消除VOCs的研究[D];湖南科技大学;2012年
9 刘静;氮、铈掺杂氧化亚铜的制备及可见光催化性能研究[D];重庆工商大学;2013年
10 陈丽;氮掺杂SO_4~(2-)/TiO_2光催化剂的一步沉淀制备及其光催化性能[D];南京理工大学;2012年
【参考文献】
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1 程萍,顾明元,金燕苹;TiO_2光催化剂可见光化研究进展[J];化学进展;2005年01期
【共引文献】
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1 沈佳慧;黄苏明;兰静莹;郑丽咏;苏美珍;梁若雯;;以MIL-100(Fe)为前驱体煅烧制备纳米多孔Fe_2O_3光催化剂[J];广东化工;2018年12期
2 张艳青;何洁丽;彭尔支;严亚;;Cu掺杂的AglnS_2的制备及其可见光催化活性的研究[J];大理大学学报;2017年12期
3 江娟;黎彧;冯安生;黄天送;林志盛;卢文意;吴坤鹏;;微波协同氧化锌/二氧化钛复合材料对羽绒的抗菌工艺[J];毛纺科技;2017年09期
4 刘秀宇;毋浪鹏;蓝鸿雁;房德建;叶昆朋;陈国宁;;双重改性TiO_2光催化剂的制备及性能研究[J];纸和造纸;2017年03期
5 罗晓;杨勤;宋曰超;郝彤遥;岳琳;;N,S,N-S共掺杂P25可见光催化降解酸性红B活性比较研究[J];河北科技大学学报;2017年01期
6 李华瑞;梁立锐;程士;程修文;;Zr-TiO_2光催化剂的制备与表征及其性能研究[J];化工新型材料;2016年08期
7 包秀丽;陈露;杨凤;汪粒粒;;Pt-N共掺杂锐钛矿TiO_2的第一性原理研究[J];原子与分子物理学报;2016年03期
8 王鹏;王秋;丁臻尧;季丽婷;黄琼;;N、Bi共掺杂的TiO_2可见光光催化剂的制备及其光催化性能[J];工业催化;2016年05期
9 李曼弯;张美;毕先均;;微波助离子液体中Y掺杂TiO_2光催化剂制备及微波强化光催化活性[J];化学研究;2016年02期
10 刘秀宇;解博;曾祥朋;王双飞;陈国宁;;疏水性空心SiO_2/TiO_2光催化剂的制备及性能研究[J];材料导报;2016年02期
【同被引文献】
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1 张鹏;新型高效半导体光催化材料及光催化机理研究[D];南开大学;2013年
2 亓丽芳;二氧化钛纳米片的制备及光催化产氢性能研究[D];武汉理工大学;2012年
3 董帆;非金属掺杂TiO_2基纳米材料的制备新方法、结构表征及可见光催化降解气相甲苯性能[D];浙江大学;2010年
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1 黄文涛;活性炭纤维吸附工业有机废气及其深度处理[D];广东工业大学;2015年
2 孙娟娟;V_2O_5/BiVO_4/TiO_2复合光催化剂的制备及其可见光催化降解气相甲苯性能的研究[D];大连理工大学;2014年
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4 廖求文;p-n型CuO/TiO_2异质结纳米管可见光催化净化室内甲苯研究[D];浙江大学;2013年
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6 杨利娴;我国工业源VOCs排放时空分布特征与控制策略研究[D];华南理工大学;2012年
7 胡蕊;TiO_2纳米材料制备及光催化水解制氢研究[D];西北大学;2011年
8 汪海燕;超声辐照制备二氧化钛和氧化锌纳米材料的研究[D];南京大学;2011年
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10 张浩;纳米H_3PW_(12)O_(40)/TiO_2复合材料对两种染料的光催化降解研究[D];东北师范大学;2010年
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1 林晓;基于静电纺丝法制备钛、钒基复合纳米纤维及其可见光下催化性能研究[D];吉首大学;2017年
2 闫雪莲;BiVO_4基复合材料的制备及其光催化性能研究[D];重庆理工大学;2017年
3 李奈;Cu_2O/膨润土复合材料的制备及其光催化性能的研究[D];合肥工业大学;2016年
4 王文雅;二氧化钛—硫化镉及氧化石墨烯复合材料光催化降解废水中有机物的研究[D];上海应用技术大学;2016年
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6 史欢睿;含钛、镧介孔生物玻璃制备及其对水中染料去除性能研究[D];天津工业大学;2016年
【二级参考文献】
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1 孙晓君,井立强,蔡伟民,周德瑞;掺V的TiO_2纳米粒子的制备和表征及其光催化性能[J];硅酸盐学报;2002年S1期
2 徐悦华,古国榜,陈小泉,李新军;复合纳米Fe_2O_3/TiO_2的制备、表征及光催化活性[J];华南理工大学学报(自然科学版);2001年11期
3 菅盘铭,夏亚穆,李德宏,王晓燕;掺杂TiO_2 纳米粉的合成、表征及催化性能研究[J];催化学报;2001年02期
4 高远,徐安武,祝静艳,刘汉钦;RE/TiO_2用于NO_2~-光催化氧化的研究[J];催化学报;2001年01期
5 李芳柏,古国榜,李新军,万洪富;纳米复合Sb_2O_3/TiO_2的光催化性能研究[J];无机化学学报;2001年01期
6 张峰,李庆霖,杨建军,张治军;TiO_2光催化剂的可见光敏化研究[J];催化学报;1999年03期
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1 董亚楠;贾庆明;陕绍云;何磊;金帅;;金属-有机框架材料光催化降解应用的研究进展[J];化工新型材料;2018年02期
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9 朱琳;张福胜;;二氧化钛/酞菁镁可见光催化降解的研究[J];安徽农业科学;2011年29期
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1 刘洋;;TiO_2光催化降解苯和甲苯的动力学研究[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
2 熊巍;李新勇;肇启东;陈国华;;Ag_3PO_4/BiPO_4的制备、表征及其可见光光催化降解甲苯研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
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4 赵进才;马万红;陈春城;;可见光光催化降解有毒难降解有机污染物[A];中国化学会第26届学术年会环境化学分会场论文集[C];2008年
5 陈春城;杨娟;胡学峰;马万红;余彩兰;赵进才;;染料污染物的可见光光催化降解及其机理研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年
6 唐峰;杨旭东;;光催化降解VOCs特性的一种新预测模型[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会学术文集[C];2010年
7 曹梦华;李晓斌;陈静;;光催化降解甲苯的动力学研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
8 陈晓珊;黄碧纯;;可见光下TiO_2-CdS/MNCNTs催化降解气相甲苯产物研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
9 张爱茜;孟楠;韩朔睽;王连生;;光催化还是机械催化:氧化亚铜催化降解对硝基苯酚研究[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年
10 汪琼;王玉萍;;不同形貌Bi_2Ti_2O_7/TiO_2异质结光催化降解抗生素的影响[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十七分会:光化学[C];2016年
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1 ;可见光光催化降解污染物获突破[N];中国高新技术产业导报;2004年
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3 记者 吴长锋 通讯员 杨保国;非贵金属光催化制氢材料研发成功[N];科技日报;2015年
4 耿文;光催化打造健康空间 [N];中华工商时报;2003年
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7 本报记者 王永珍;加快光催化技术开发应用[N];福建日报;2010年
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10 汪宁 苏丹;可见光支付技术:不断加强专利布局[N];中国知识产权报;2015年
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2 张帆;TiO_2表面活性位调控及其对气相甲苯吸附和光催化降解的影响[D];中国科学技术大学;2015年
3 邹学军;TiO_2基纳米材料制备及光催化降解气相甲苯的研究[D];大连理工大学;2011年
4 刘广龙;非金属元素掺杂半导体矿物制备、结构表征及光催化降解高/大分子有机污染物的研究[D];华中农业大学;2011年
5 潘海祥;光催化降解饮用水中几种典型有机污染物——影响因素及降解机理的研究[D];中国科学院广州地球化学研究所;2000年
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1 董敏华;可见光催化降解氯苯和甲苯的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 尹发平;CdS-TiO_2/MWCNTs可见光光催化降解气相甲苯研究[D];华南理工大学;2011年
3 李露;改性TiO_2在可见光下催化降解水体中抗生素的机理研究[D];南京农业大学;2014年
4 贾庆;光催化降解二甲苯中TiO_2催化剂的研究[D];中国科学院重庆绿色智能技术研究院;2016年
5 张宇飞;光催化降解甲苯的实验研究[D];浙江大学;2016年
6 李杰;硫掺杂TiO_2光催化降解萘系化合物[D];南京师范大学;2007年
7 高倩;染料敏化二氧化钛可见光光催化降解有机污染物研究[D];天津理工大学;2011年
8 王梦姣;不同主导晶面纳米TiO_2吸附和光催化降解气相甲苯研究[D];中国科学技术大学;2015年
9 林月绪;非金属掺杂锡酸锌的制备及其可见光催化降解染料性能研究[D];福建师范大学;2009年
10 高宇晨;钒酸铋-氮化碳复合材料的制备及其光催化降解对硝基苯酚机理的研究[D];长春理工大学;2015年
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