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《安徽工程大学》 2019年
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TiO_2/金属有机骨架复合材料的制备及其光催化性能研究

周贝贝  
【摘要】:半导体材料光催化技术是通过光催化剂将太阳能用于污染物降解、CO2还原、太阳能电池、有机物合成等领域,被认为是解决当前所面临的能源危机和环境问题的理想途径。在众多半导体光催化剂材料中,二氧化钛(TiO2)因其稳定性好,催化活性较高、绿色无污染、制备简单且制备成本低等优点,被认为是最理想的光催化材料。然而,其宽的带隙、光响应范围窄、光量子效率低等缺点,限制了TiO2的实际应用。因此,对TiO2进行改性研究是当前的研究重点之一,其中与其它材料形成复合材料是提升TiO2光催化性能的有效手段之一。金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)由于其具有高的比表面积、大的孔径、可调节和良好的纳米腔、以及化学可裁剪性等,被广泛应用于分子识别、气体分离、催化和药物输送等方面。将具有高比表面积和良好吸附性能的MOFs材料与高活性的半导体光催化剂结合起来形成复合光催化剂,为新型光催化剂制备提供了一种很有前途的策略。本文通过TiO2与MOFs复合形成新型光催化材料来提升TiO2的光催化活性。具体研究内容如下:(1)设计与制备TiO2/ZIF-8复合光催化剂。选择具有大的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性的ZIF-8为典型的MOFs材料,用ZIF-8纳米颗粒修饰合成的介孔TiO2球,制备了新型TiO2/ZIF-8复合纳米粒子。并对TiO2/ZIF-8纳米粒子的形貌、吸附性能、比表面积和光催化还原Cr(Ⅵ)性能进行了表征。在室温300 mW·cm-2光照射下,60 min后TiO2/ZIF-8对Cr(Ⅵ)去除率达到99%,较纯介孔TiO2球的去除率80%,有显著提升。光催化性能测试结果表明,TiO2/ZIF-8球的光催化性能增强是基于ZIF-8对Cr(Ⅵ)较强的吸附性能和复合材料中有效的电荷转移。(2)设计与制备TiO2/MIL-101(Cr)复合光催化剂。选择稳定性高、CO2吸附性能优异的MIL-101(Cr)为典型的MOFs材料,通过调控TiO2反应物含量和反应温度,成功制备了TiO2/MIL-101(Cr)核壳结构复合材料。TiO2/MIL-101(Cr)复合材料具有较高的比表面积,提供了更多的活性位点和高的CO2气体吸附性能,光照6h后CH4产量达到1.29 μmol·g-1,约为纯TiO2的1.4倍。为进一步提TiO2/MIL-101(Cr)的光催化效率,负载1 w.t.%Pt后,CH4产量高达16.43 μmol.g-1,约为TiO2/MIL-101(Cr)的13倍。
【学位授予单位】:安徽工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:O643.36;TB33

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