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《中国海洋大学》 2011年
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TiO_2纳米带的制备、改性及其光催化性能的研究

朱林  
【摘要】:纳米级二氧化钛由于具有无毒、价格低廉、物理化学性质稳定、催化活性高以及抗氧化能力强等优点而成为当今世界最重要的一种环境净化光催化材料。然而,由于纳米二氧化钛有光生电子-空穴对容易复合和对可见光吸收能力差两个缺陷,其光催化效率受到了很大程度的限制。为此,许多研究工作者通过对纳米二氧化钛进行改性来提高其光催化活性,其中包括金属离子掺杂、非金属离子掺杂、贵金属沉积、染料敏化等。此外,纳米尺寸的TiO_2颗粒作为催化剂直接分散在污水中势必造成分离及回收困难的问题,这也限制了其实际应用。为此本论文通过水热法制备了大尺寸的一维纳米材料,通过离子掺杂对纳米材料进行改性,研究了改性TiO_2纳米带的光催化活性及其影响因素。 通过简易的水热法在不同的水热温度下制备了纳米带样品,在实验中讨论了热处理温度及热处理时间对样品的晶体结构、表面形貌及催化活性的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、N_2-吸附与脱附、光催化装置对其各项性能进行表征。所得结果为:制备的纳米带长度为几十纳米到几微米,宽度为50 nm-300 nm,具有很大长径比和很小的厚度,未经退火处理的纳米带保持单斜的H_2Ti_3O_7晶相。经过热处理H_2Ti_3O_7转变成了TiO_2,当热处理温度低于700°C时,样品为锐钛矿相TiO_2,当热处理温度升至800°C时,锐钛矿相开始向金红石相转变。通过透射电镜观察到热处理之后在TiO_2纳米带表面上出现很多微孔,并且微孔的几何尺寸随着热处理温度的升高而变大。以紫外光为光源,甲基橙为目标降解物,评价了催化剂的光催化活性,实验表明,在600°C煅烧2.5 h和800°C煅烧1.5 h的样品对甲基橙降解有较好的光催化活性。 通过二次水热的方法制备了Gd~(3+)掺杂浓度不同(0、0.5、0.7、1.0、3.0、5.0及7.0wt%)的TiO_2纳米带粉体,实验中讨论了掺杂浓度、二次水热温度及热处理对TiO_2纳米带晶体结构、表面形貌及催化活性的影响。结果表明,Gd~(3+)的掺杂没有影响样品的晶型结构,样品始终保持TiO_2锐钛矿相,掺杂提高了样品的光催化活性,在Gd~(3+)的掺杂浓度为5.0%时,光催化活性最高。随着二次水热温度升高,结晶度提高,光催化活性提高,对通过二次水热制备的样品进行热处理,样品的锐钛矿结构不变,结晶度提高,微观形貌发生改变,光催化活性显著提高。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TB383.1

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