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《福州大学》 2006年
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TiO_2基纳米氧敏材料及复合光催化材料的制备、结构与性能研究

潘海波  
【摘要】:TiO_2的晶型结构是影响其材料应用性能的关键因素,其中金红石相TiO_2具有氧气敏感特性,而锐钛矿相TiO_2则具有较高的光催化活性。迄今为止,金红石相TiO_2的制备由于采用四价钛源,需经高温烧结(≥700℃),所制得氧敏元件存在工作温度较高(≥250℃)、选择性、稳定性较差等缺点。此外,酞菁与卟啉配合物敏化TiO_2的方法是提高锐钛矿相TiO_2光催化效率的有效手段之一,也是目前研究的热点。这两类敏化剂在可见光区具有强吸收、理化性能稳定等优点,但其制备方法主要是利用已合成的TiO_2纳米颗粒浸渍敏化剂而成,该制备方法由于敏化剂与基质(TiO_2)之间耦合效果较差,导致敏化效果不理想。 本文在氧敏材料方面,尝试以TiCl3为源物质,采用溶胶-凝胶法,经低温(400℃)烧结制成金红石相纳米掺杂氧敏材料,并测试其厚膜型元件的气敏性能,以期获得性能良好、接近于实用的半导体型氧敏传感材料。在有机敏化TiO_2复合材料方面,分别利用两种合成方法,即一般溶胶-凝胶法与原位自组装一步合成法,合成三类有机敏化TiO_2复合纳米材料,并采用多种物理、化学测试方法对其进行表征,在此基础上,选择有机染料为待降解物,以探讨其可见光光催化机理。主要结果如下: 一、以TiCl3为源物质,利用溶胶-凝胶法,经n型掺杂(V~(5+), Nb~(5+),Ta~(5+),Cr~(6+), Mo~(6+), W~(6+))、低温(400℃,1h)烧结即可获得金红石结构; 并筛选出掺杂量为18mol%的V5+/TiO_2气敏材料,该材料制成的元件具有氧敏(100ppm)灵敏度(S=16)、工作温度(80℃)、响应特性、选择性、稳定性均较好; 探讨了掺杂过程相变机理。 二、首次利用Zeta电位与变温磁化率等测试手段来表征表面带电特性,分析其与结构、气敏特性之间的关系,提出掺杂增敏与影响选择性机理。 三、利用一般溶胶-凝胶法,制备轴向取代酞菁(TiOPc)/ TiO_2纳米复合材料,当TiOPc:TiO_2=1mol%时,TiOPc以单分子形式存在于TiO_2表面,在可见光(15W,2h)照射下,罗丹明B染料光催化降解率达60%。 四、首次采用原位自组装方法,制备了两类(CoPc/TiO_2, ZnTPP/TiO_2)纳米复合材料。发现配合物以单分子形式原位自组装于TiO_2颗粒表面,通过轴向与基质TiO_2之间存在较强化学耦合,能促使光生载流子快速分离与能量有效转移,使配合物与TiO_2形成更有效协同光催化作用。在可见光(15W,2h)照射下,ZnTPP/TiO_2催化剂对罗丹明B染料降解率达90%。
【学位授予单位】:福州大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:O614.411;O643.36

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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