收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

以TiO_2光催化剂为基的过渡金属氧化物结构和性能的研究

方钧  
【摘要】: 本论文的主要工作是基于探索在异相催化反应中,尤其是在目前比较热门的光催化反应研究领域中,催化剂的结构和其催化性能之间的相互关系。半导体材料Ti02具有廉价,无毒,化学性质稳定,降解有机物彻底等优点,被广泛地应用于光催化领域。本论文即以不同的制备方法,合成具备一定功能的TiO2光催化剂,并将其应用于吸附,酸催化以及光催化反应,研究经不同制备方法合成的具有特殊结构的Ti02光催化剂,其吸附、催化性能与其结构之间的相互关系,探讨催化学科中构效关系这一基础问题。主要结果如下: 1.利用溶胶凝胶法制备了不同Ce含量的CeO2-TiO2过渡金属复合氧化物,研究了此种复合氧化物界面和表面的结构,以及这种特殊结构对于有机染料甲基橙的吸附性能影响。通过XRD、可见光激发Raman和紫外光激发Raman、XPS、SEM等常规表征,以及同步辐射XAFS表征,我们发现此复合氧化物系列有如下特征:Ce未进入Ti02晶格,当Ce含量较低时,Ce会在Ti02内部氧缺陷成核,并随Ce含量增加形成Ce02萤石结构,Ce在界面上会首先形成Ce-O-Ti结构,并且少量Ce的加入对TiO2的局域结构和锐钛矿相的相稳定即可起很大的作用。CeO2-TiO2复合氧化物中Ti02是表面富集的,Ce02则分布在相对较内层,这种体相-表面组成分布的不均匀不仅可以由上述表征手段,如XRD、紫外拉曼和可见拉曼、XPS综合得出,也可由此复合氧化物在不同Ce含量时,对于甲基橙的化学选择吸附的差异而看出。藉由纯Ti02和纯CeO2对有机染料甲基橙吸附性能的巨大差异,我们发现了一种简单的化学选择性吸附方法,通过对比不同Ce含量的复合氧化物对甲基橙吸附的特点,来确定复合氧化物的表面组成。并且我们已经将这种方法成功的应用到了几个其他相似的体系,包括CeO2-Fe2O3, CeO2-ZrO2等。我们希望通过这种简单的方法可以有效的确定复杂的复合氧化物体系的表面组成。 2.利用共沉淀法制备了不同Ce含量的CeO2-TiO2过渡金属复合氧化物,通过XRD、EXAFS等研究方法表征了其体相、表面和界面结构,发现一定的Ce/Ti比可形成固溶体结构,如Ceo.3Ti0.7O2这种特殊的单斜晶体固溶体结构。复合氧化物随着Ce含量的增加,由于固溶体生成,其结构表现出更加复杂的变化趋势。由H2-TPR和CO-TPR结果表明,固溶体样品的氧化还原性由于其结构的特殊关系并不同于其他复合氧化物样品,复合氧化物和固溶体样品的储氧能力均大于纯的Ce02样品。CO-TPR中发现了水汽变换现象,这可能与样品表面的羟基浓度有关。此种方法制备的复合氧化物,对甲基橙的吸附能力随着Ce含量的增加而增大。各复合氧化物对甲基橙的吸附主要是依靠Ce02的吸附作用,因此,表面组成的变化是影响复合氧化物和固溶体吸附性能的主要因素。化学选择吸附方法也可用于这个体系的样品表面组成测定。 CeO2-TiO2复合氧化物体系均未表现出好的光降解甲基橙的催化活性,这可能与样品制备方法,反应体系的选择,反应装置的效率都有关系。 3.低温下,以[TiO(C2O4)2]2-为反应物,经氨水沉淀后得前驱体,不同温度焙烧后得到掺杂N元素的Ti02光催化剂。结果表明:制得的Ti02光催化剂都是锐钛矿相样品,且N元素在Ti02晶格间隙位掺杂,由于掺杂导致的光照响应波长范围已经明显进入了可见光区域。经程序升温反应实验,我们发现400℃焙烧样品表面有共价草酸基团,存在Bronsted酸性位。各样品对甲基橙的光催化降解都有比较好的活性,而且400℃焙烧的样品因为其酸性,对甲基橙有较好的吸附作用,是一种具有酸催化和光催化的双功能催化剂。 4.以硫酸氧钛铵为前躯体,通过不同温度焙烧一步法合成了掺杂N,S非金属元素的Ti02光催化剂。800℃焙烧样品仍能保持锐钛矿相结构,有较好的晶体稳定性。XPS结果表明样品均为四价S阳离子掺杂,且600℃焙烧样品为N、S双掺,且N处于Ti02晶格间隙位。这种N、S的掺杂并未明显减小样品的禁带宽度。通过NH3-TPD和1H固体核磁共振谱表征,600℃焙烧样品表面有较多的磺酸酸性基团构成的Bronsted酸性位。通过光降解有机染料甲基橙和光解水制氢来检测各个光催化剂的催化活性。不同温度焙烧的样品在全波长光下均对甲基橙降解有比较好的催化活性,其中600℃焙烧样品活性最优,好于商品化的P25。可见光下,由于掺杂的原因,各样品均对甲基橙有光降解作用。在担载Pt之后,催化剂全波长光照下光解水产氢活性有了明显提高。而由于担载Pt和N、S元素掺杂的共同作用,可以一定程度上提高Ti02可见光下产氢活性。600℃焙烧样品为N、S双掺,表面又有磺酸酸性基团构成的Bronsted酸性位,因此其是同时具有酸催化和光催化性质的双功能催化剂。其在酯化反应中对乙酸乙酯的生成有很好的催化作用,而在可见光下对降解甲基橙以及光解水制氢也有很好的活性,是一种很具应用前景的双功能催化剂。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 谢立进;马峻峰;赵忠强;田华;周军;;半导体光催化剂的研究现状及展望[J];硅酸盐通报;2005年06期
2 张德林;曾祥英;李桂英;胡晓洪;安太成;盛国英;傅家谟;;纳米TiO_2多孔薄膜光催化剂制备的研究进展[J];中国陶瓷;2007年12期
3 刘维良;卢丹丽;何志平;陈建华;张海滨;;氮掺杂TiO_2光催化剂的研究进展[J];中国陶瓷工业;2006年01期
4 任洁;霍宇凝;卞振锋;朱建;李和兴;;拉曼光谱应用于TiO_2光催化反应的研究进展[J];上海师范大学学报(自然科学版);2007年01期
5 刘维良;张海滨;陈建华;卢丹丽;何志平;;氮掺杂TiO_2光催化剂的制备与性能研究[J];稀有金属材料与工程;2007年S2期
6 陈威,刘艳萍,江小林,邵林广;太阳能光催化氧化水处理技术研究进展[J];市政技术;2005年06期
7 徐甲强;高巧欢;王培义;向群;;氧化锌/偏锡酸锌复合氧化物的制备与光催化性能[J];硅酸盐学报;2007年06期
8 盛永刚;梁丽萍;徐耀;姜东;吴东;;溶胶-凝胶法低温制备N掺杂TiO_2可见光光催化剂[J];无机化学学报;2008年01期
9 张炜;王书亮;张锦彬;马云庆;王翠萍;刘兴军;;热液法低温制备锐钛矿型二氧化钛纳米粉体[J];纳米科技;2007年05期
10 徐维正;宇部首创TiO_2光催化剂纤维[J];精细与专用化学品;2003年07期
11 王培义;高巧欢;朱冬梅;徐甲强;;新型氧化物光催化剂研究进展[J];郑州轻工业学院学报(自然科学版);2006年03期
12 叶季蕾,刘源,闻学兵,刘鹏翔;CeO_2-TiO_2复合氧化物载体在催化中的应用研究进展[J];化工进展;2005年07期
13 沈贝樑;徐志兵;李炎进;;TiO_2/5A分子筛复合光催化剂的初步研究[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年03期
14 传秀云;卢先春;卢先初;;负载TiO_2的硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能研究[J];无机材料学报;2008年04期
15 卢丹丽;何志平;徐小勇;黄毅;;掺氮TiO_2光催化剂的制备与性能研究[J];佛山陶瓷;2009年05期
16 贾建国;朱春来;;纳米TiO_2光催化剂的应用前景[J];舰船防化;2001年S1期
17 唐建军;王岳俊;谢炜平;邹原;周康根;;N/TiO_2光催化剂的制备及掺杂过程分析[J];过程工程学报;2008年01期
18 张永;曾贤平;吴兴国;;采用二氧化钛光催化降解气相甲苯的研究[J];浙江冶金;2009年03期
19 刘红华;TiO_2光催化剂及其在生态陶瓷中的应用[J];佛山陶瓷;2005年09期
20 豆俊峰,邹振扬,牟其伍;提高二氧化钛光催化活性的研究进展[J];四川环境;2000年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐刘君;燕宁宁;朱忠其;柳清菊;;Yb掺杂纳米TiO_2光催化剂的制备及性能研究[A];战略性新兴产业的培育和发展——首届云南省科协学术年会论文集[C];2011年
2 徐刘君;燕宁宁;朱忠其;柳清菊;;Yb掺杂纳米TiO_2光催化剂的制备及性能研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
3 柳清菊;;离子掺杂改性TiO_2光催化剂的理论研究进展[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 张桂琴;毕先钧;;微波助离子液体中锌-铁共掺杂纳米TiO_2光催化剂的制备及表征[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
5 方世杰;徐明霞;汪成建;张玉珍;;负载纳米TiO_2光催化剂的制备[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
6 鄂磊;徐明霞;汪成建;;Ag/TiO_2光催化剂的性能及光催化机理的研究[A];中国硅酸盐学会2003年学术年会论文摘要集[C];2003年
7 许辉;高如琴;;TiO_2光催化剂在环境保护中的应用[A];第八届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会论文集[C];2007年
8 王秀丽;石建英;冯兆池;徐倩;李灿;;TiO_2光催化剂表面性质的激光诱导发光光谱研究[A];第十五届全国光散射学术会议论文摘要集[C];2009年
9 郭冰;沈杭燕;舒康颖;宁文生;;TiO_2介孔光催化剂的制备研究进展[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
10 邹晨;王金淑;李洪义;黄科林;孙果宋;;Ag/AgCl/介孔TiO_2复合等离子光催化剂的制备[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 方钧;以TiO_2光催化剂为基的过渡金属氧化物结构和性能的研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 罗善霞;Bi_2WO_6和掺杂与负载型TiO_2光催化剂的制备与表征及其活性评价[D];天津大学;2010年
3 沈先涛;分子印迹型系列TiO_2光催化剂的制备及其选择性降解有机污染物的研究[D];华中科技大学;2009年
4 王韶华;改性纳米TiO_2光催化剂的制备及其去除水中染料污染物的研究[D];华南理工大学;2010年
5 孙萌萌;钙钛矿型催化剂光化学活性与其稳定性及与SiO_2质材料的复合[D];吉林大学;2011年
6 张喜;新型卤化氧铋BiOX(X=Cl、Br、I)光催化剂的合成、表征及催化性能研究[D];华中师范大学;2010年
7 张茂林;纳米ZnO/SnO_2等复合光催化剂的制备及其降解有机污染物研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2004年
8 邓芳;TiO_2基光催化剂的制备与污染物降解的研究[D];南昌大学;2011年
9 霍鹏伟;基于有机废水降解的表面修饰型空心微珠负载TiO_2复合光催化剂的制备及降解行为和机理研究[D];江苏大学;2011年
10 李海彦;离子掺杂TiO_2纳米材料的光电性质及光催化活性研究[D];吉林大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高帅;等离子体助磁载TiO_2光催化剂制备方法研究[D];大连大学;2010年
2 刘慧;掺杂纳米TiO_2光催化剂的制备及光解水制氢性能研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
3 叶芳云;TiO_2光催化剂的改性、负载及其性能研究[D];武汉理工大学;2011年
4 羊晓磊;新型TiO_2基光催化剂的制备及催化性能研究[D];上海师范大学;2011年
5 孙卫国;共轭聚合物复合TiO_2光催化剂的制备及其性能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 种彦利;掺杂TiO_2光催化剂的制备及在染料废水降解中的应用[D];华东师范大学;2011年
7 张荷美;微/纳米结构复合型TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能研究[D];河北师范大学;2010年
8 谈敏;铁掺杂TiO_2光催化剂的制备、表征及光催化固氮性能研究[D];浙江大学;2011年
9 孙艺飞;活性炭纤维担载TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能的研究[D];大连理工大学;2011年
10 李海霞;高活性混晶纳米TiO_2光催化剂的制备及应用研究[D];大连理工大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 蔡忠仁;高效光催化剂抑菌防霉[N];中国化工报;2011年
2 宋成有;日开发新型光催化剂[N];中国石化报;2002年
3 刘宏;日本公司开发出新型光催化剂[N];中国石化报;2002年
4 本报记者 董小雷;环保技术新宠——光催化剂[N];中国化工报;2002年
5 记者 吴苡婷;书写“水变氢”的传奇[N];上海科技报;2011年
6 蔡忠仁;纳米固体光催化剂获发明专利[N];中国化工报;2003年
7 记者 钱铮;把水高效分解出氢,新催化剂见光就行[N];新华每日电讯;2006年
8 ;纳米固体光催化剂获发明专利[N];今日信息报;2003年
9 蔡忠仁;纳米光催化剂环保功能强[N];中国化工报;2008年
10 蔡忠仁;瞄准光催化学科前沿的探索者[N];福建科技报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978