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《合肥工业大学》 2010年
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金属/N共掺杂可见光响应纳米TiO_2光催化剂的共沉淀法制备及性能

罗祝义  
【摘要】: 随着工业的迅速发展,能源危机和环境污染日益严重。如何节约能源,控制和处理环境污染已成为当前的重大课题。在众多纳米光催化材料中,TiO2因具有氧化性强、稳定性好、廉价无毒等优点,成为最有发展前景的纳米光催化剂。但纯TiO2禁带宽度大(3.2 eV),只能利用太阳光中占很少部分的紫外光,且光生电子-空穴容易复合,导致量子产率低,光催化活性不高,限制了其应用。因此,对TiO2进行改性,拓展光谱响应范围至可见光区,抑制光生载流子的复合以提高其光催化活性是TiO2光催化剂进一步走向实用化的关键。本文在总结纳米TiO2光催化剂改性研究进展的基础上,重点开展了以下几个方面的研究。 1.为了拓展TiO2的光谱响应范围并提高其光催化活性,采用非金属离子N掺杂的方法对TiO2进行改性。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等对样品的晶相、形貌、元素组成、吸收带边等进行了表征。与纯TiO2相比较,掺杂样品的粒径较小,由于掺杂使价带上移,禁带宽度减小和形成杂质能级,使样品在可见光区的吸光强度明显增加。以亚甲基蓝为模拟脱色物、白炽灯为可见光光源表征了其可见光性能,发现N掺杂样品表现出良好的可见光催化活性。 2.通过共沉淀法制备了La-N共掺杂TiO2纳米晶体。研究了掺杂浓度对光催化活性的影响。结果表明:在N、La的摩尔掺杂浓度分别为2 %和0.3 %时,制备样品的光催化活性最好,白炽灯下照射2 h对亚甲基蓝的脱色率可达到45.2 %。La掺杂的离子半径较大容易导致晶格畸变,半径较大的La3+进入TiO2晶格间隙形成新的结构缺陷,这有利于晶粒的表面羟基化,使样品的光催化能力明显增强;同时La和N的掺杂均可以使禁带宽度窄化,引起催化剂吸收带边的红移,从而使可见光催化活性明显增加。而且La掺杂有效抑制了光生电子-空穴的复合。 3.采用共沉淀法合成了Mo-N共掺杂纳米TiO2光催化剂Mo-N-TiO2。XRD分析表明所得光催化剂均为锐钛矿晶型,Mo-N共掺杂能抑制TiO2从锐钛矿向金红石型的转变;UV-vis结果表明Mo-N-TiO2对可见光吸收增强,吸收带边明显红移;XPS结果显示,Mo是以+6价的形式存在,并取代Ti4+进入TiO2晶格中。催化剂制备的最优条件为:Mo: N: Ti摩尔比为0.0125: 0.02: 1,煅烧温度为500℃,白炽灯下2 h对亚甲基蓝溶液脱色率达55.7 %。Mo+6取代Ti4+进入晶格造成TiO2表面的lewis酸性增强,有利于其导带中的光生电子向表面迁移,促进了光生空穴-电子对的分离,同时协同共掺杂引起的带边红移作用提高了Mo-N共掺杂纳米TiO2的可见光催化活性。 本文采用共沉淀法制备了金属/N共掺杂可见光响应TiO2光催化剂,在离子掺杂种类和浓度、煅烧温度对光催化活性的影响、光催化的作用机理等方面获得了一些有意义的结果,具有一定的创新性,对TiO2光催化剂太阳能有效利用的理论和应用研究具有一定的促进作用。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O643.36

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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