收藏本站
《中南大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

改性缺位金红石型二氧化钛制备与光催化分解水性能研究

吴道新  
【摘要】: 氢能作为一种绿色新能源,得到越来越多的关注。利用太阳能光催化分解水制取氢气,可望使廉价制备氢气技术成为现实,具有广泛的应用前景。本论文较为详细地综述了光解水领域包括光催化材料的种类、光催化反应体系、可见光分解水等方面的研究进展。针对析氧半反应催化剂的析氧速率偏低,难于与析氢半反应析氢速率匹配的现状,本研究采用施主金属掺杂、稀土金属掺杂以及改善制备方法等多种手段对缺位金红石型TiO_2进行了改性,以Fe~(3+)为电子受体,在紫外光(或可见光)辐照下,研究了改性缺位金红石型TiO_2的光解水析氧性能。主要研究结果如下: 1.分别用溶胶-凝胶法和低温水解法制得TiO_2,并比较了制备方法对TiO_2光解水析氧活性的影响。结果表明:在紫外光辐照下,Fe~(3+)的初始浓度为8.0mmol.L~(-1)、溶液的pH值为2.0时,锐钛矿型TiO_2析氧活性比金红石型TiO_2的析氧活性差,水解法所制得的金红石型TiO_2的析氧速率达93.2gmol.L~(-1).h~(-1),比溶胶凝胶法制备的金红石型TiO_2光解水析氧活性高10.6%.在Ar气氛中、煅烧温度为700℃时,超声强化低温水解法制得的缺位金红石型TiO_2在紫外光源下的析氧速率达113.81μmol.L ~(-1)h~(-1)在可见光源下的析氧速率达62.1μmol.L(-1)h~(-1),分别比未经超声强化处理的缺位金红石型TiO_2的析氧速率提高了6.75%和20.3%.超声波强化能够改善缺位金红石型TiO_2的光解水析氧活性。 2.将低温水解法制备的TiO_2前驱物分别在空气、Ar和H_2气氛中,煅烧温度为700℃时制得金红石型TiO_2。结果表明,在Ar和H_2中制备的金红石型TiO_2分解水的析氧速率较高,在紫外光辐照下的析氧速率分别达106.6和103.2μmol.L ~(-1).h~(-1),与在空气中制备的金红石型TiO_2析氧速率(93.2μmol.L ~(-1)h~(-1))相比分别提高了14.3%和10.8%;在可见光辐照下,催化剂的析氧速率分别达5 1.6和33.8μmol.L ~(-1)h~(-1),与在空气中制备的金红石型TiO_2析氧速率(18.8μmol.L ~(-1)h~(-1))相比分别提高174.5%和79.7%. 3.系统研究了(2.0%、)稀土金属La、Nd、Sm、Eu、Gd、Er、Yb掺杂改性对缺位金红石型TiO_2光解水析氧活性的影响。在Fe~(3+)的浓度为8.0mmol.L~(-1),在紫外光源辐照下,Yb、Eu、Er掺杂能够提高金红石型TiO_2分解水析氧速率,而La、Sm、Nd掺杂对金红石型TiO_2光解水析氧速率影响不显著,Gd掺杂金红石型TiO_2分解水析氧速率降低;在可见光辐照下,掺杂稀土金属后,只有Yb、Eu掺杂能够提高金红石型TiO_2分解水析氧速率,分别提高了31.2%和10.8%,其他稀土金属掺杂后催化剂的析氧速率略有降低。稀土金属的掺杂,导致氧缺位的形成,从而影响金红石型TiO_2的光解水析氧活性。 4.将不同的施主金属离子(V、Nb、Ta、W)以不同的掺杂浓度对缺位金红石型TiO_2进行改性。结果表明,V、Nb、Ta、W的掺入能够改善和提高金红石型TiO_2的光解水析氧活性,尤其以V、W的改性效果显著。施主金属V、Nb、Ta、W都存在一个最佳的掺杂浓度,V、Nb、Ta、W最佳的掺杂浓度分别为1.0~2.0%、1.0%、1.0%、2.0%,V、Nb、Ta、W掺杂缺位金红石型TiO_2在紫外光条件下分解水的析氧速率分别为160.0umol.L~(-1).h~(-1)、138.1umol.L~(-1).h~(-1)、130.4umol.L~(-1).h~(-1)、148.8umol.L~(-1).h~(-1),在可见光条件下分解水的析氧速率分别为105.2umol.L~(-10.h~(-1)、80.4umol.L~(-1).h~(-1)、69.6umol.L~(-1).h~(-1)、102.9umol.L~(-1).h~(-1);在紫外光和可见光辐照条件下,V、Nb、Ta、W掺杂后催化剂的光解水析氧活性与催化剂的光致发光强度的变化趋势基本一致;在可见光条件下,施主金属V、Nb、W对缺位金红石型TiO_2掺杂改性后,改性催化剂的光解水析氧速率均超过文献或者专利报道的结果。 5.采用第一性原理的计算方法,计算了施主金属V、Nb、Ta、W掺杂对金红石型TiO_2催化材料的能带结构和态密度的影响。计算结果表明:(1)金红石型TiO_2的带隙为1.9eV。(2)V、Nb、Ta、W的掺杂使得金红石型TiO_2的费米能级进入导带,带隙减小,分别为1.4eV、1.5 eV、1.7eV、1.5 eV,表面势垒变高,空间电荷区变窄,有利于低频光子的激发,光生电子与空穴得到了有效的分离。V、W的掺杂后TiO_2在原来的价带和导带之间出现新的定域能级,使得掺杂金红石型TiO_2更容易激发产生光生电荷。因此,V和W掺杂后的光催化析氧效果高于Nb、Ta掺杂效果。(3)计算的结果验证了V、Nb、Ta、W的掺入能够改善和提高金红石型TiO_2的光解水析氧活性。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.1

手机知网App
【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王雪姣;两种壳/壳/核结构的磁载光催化剂的低温制备及其光催化与磁回收性能研究[D];兰州交通大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 伍军,刘鹏,吴潘,张昭;超声波场中硫酸氧钛的水解研究[J];四川有色金属;2003年03期
2 王承遇,钟萍,姜妍彦,张国武;掺杂铈对玻璃表面TiO_2薄膜上油酸光催化降解的影响[J];催化学报;2000年05期
3 陈俊涛,李新军,杨莹,王良焱,何明兴;Sm掺杂对TiO_2薄膜光催化性能的影响[J];催化学报;2004年05期
4 张富春,邓周虎,阎军锋,允江妮,张志勇;Ga Al In掺杂ZnO电子结构的第一性原理计算[J];电子元件与材料;2005年08期
5 李慧泉,李越湘,周新木,彭绍琴,吕功煊,李树本;La_2O_3掺杂TiO_2光催化剂的制备和性能[J];分子催化;2004年04期
6 傅希贤,杨秋华,桑丽霞;钙钛矿型LaFe_(1-x)Cu_xO_3的光催化活性研究[J];高等学校化学学报;2002年02期
7 桑丽霞,钟顺和,傅希贤;LaBO_3(B=Fe,Co)中氧的迁移与光催化反应活性[J];高等学校化学学报;2003年02期
8 张富春,邓周虎,阎军锋,王雪文,张志勇;Ga掺杂ZnO电子结构的密度泛函计算[J];功能材料;2005年08期
9 郑怀礼,唐鸣放,龚迎昆,邓小军,吴邦华;掺镧TiO_2纳米薄膜材料的制备与光催化性能研究[J];光谱学与光谱分析;2003年02期
10 陈崧哲,张彭义,祝万鹏,刘福东;可见光响应光催化剂研究进展[J];化学进展;2004年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李大成,周大利,刘恒,张萍,张云,龚家竹;纳米TiO_2的特性[J];四川有色金属;2002年03期
2 任成军,李大成,钟本和,周大利,刘恒,龚家竹;影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施[J];四川有色金属;2004年04期
3 钱翼清,赵平,王卫华;烷基化纳米SiO_2/MMA乳液聚合物及其对PC的改性研究[J];工程塑料应用;2002年01期
4 王孝军,杨杰,龙盛如;纳米材料及其在工程塑料改性中的应用[J];工程塑料应用;2002年10期
5 刘建林,肖久梅,史孝群,龚春秀,马文江;纳米CaCO_3填充环氧树脂分散技术及力学性能研究[J];工程塑料应用;2003年03期
6 王兆波,叶林忠,张志焜;HIPS/纳米TiO_2复合材料综合性能的研究[J];工程塑料应用;2003年11期
7 孙向东,孙旭东,王庆,张慧波,叶邦格,姜俊,胡萍,蒋旭娇;异辛酸稀土改性MC尼龙的研究[J];工程塑料应用;2004年01期
8 惠雪梅,张炜,王晓洁;环氧树脂/SiO_2,纳米复合材料性能的研究[J];工程塑料应用;2004年02期
9 安骏,吴海霞,辛寅昌;防高能辐射的树脂/纳米铅复合材料的制备及研究[J];工程塑料应用;2004年12期
10 郑海忠,张坚,鲁世强,徐志锋;选区激光烧结制备PS/Al_2O_3纳米复合材料的研究[J];工程塑料应用;2005年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乐士儒;栾野梅;安茂忠;;电沉积银纳米膜的光学性质研究[A];2004年全国电子电镀学术研讨会论文集[C];2004年
2 曾翎;姜华昌;杜王钻;;溶胶-凝胶法制备纳米V-TiO_2光催化剂及其亚甲基蓝降解[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
3 杨黎明;VPW Shim;陈锋;龚明;;用高应变率大应变载荷制备纳米晶铜试件[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
4 王金相;张晓立;王经涛;赵铮;;爆炸加载制备纳米晶铜实验研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
5 王金相;周楠;赵铮;王小绪;杭逸夫;;爆炸载荷下纳米晶铜晶粒度分布及影响因素研究[A];第六届全国爆炸力学实验技术学术会议论文集[C];2010年
6 李春霞;李立平;酒金婷;王柏华;;纳米粒子的表面改性研究进展[A];第二届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2002年
7 李星国;;纳米材料研究及其应用[A];第三届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2003年
8 张永文;陈英;;含纳米ZnO抗紫外整理剂的制备及性能研究[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
9 王敏;;纳米材料在丝绸文物保护上的应用[A];第四届功能性纺织品及纳米技术研讨会论文集[C];2004年
10 王东;路建军;齐宏进;;防水透湿织物上碳氟膜的纳米结构及均匀性的初步研究[A];第六届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭淑媛;几种稀土发光材料的合成及发光性质的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
3 赵世华;ZnO纳米阵列的制备和稀土掺杂工艺及其发光性能的研究[D];湖南大学;2010年
4 周红洋;硫属化合物纳米材料的可控性合成与表征[D];中国科学技术大学;2010年
5 杜海军;石墨烯和荧光碳纳米颗粒的制备及其电化学特性的研究[D];华南理工大学;2010年
6 张贵军;聚丙烯酸酯/纳米氧化锡锑复合乳液的制备、表征及其在透明隔热涂料中的应用研究[D];华南理工大学;2010年
7 王文涛;天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的阻隔性及相关性能研究[D];华南理工大学;2010年
8 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年
9 赵佳飞;纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究[D];浙江大学;2009年
10 张邵波;纳米流体强化传热的实验和数值模拟研究[D];浙江大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张旭;纳米CeO_2-TiO_2复合介孔材料的制备及性能[D];河北大学;2009年
2 李艳冰;二元稀土氟化物的控制合成及光学性能研究[D];安徽工程大学;2010年
3 齐天骄;铟锡氧化物纳米微粒表面修饰研究及其悬浮液的制备[D];中国工程物理研究院;2010年
4 王青尧;锑基纳米材料的水热法制备及表征[D];山东科技大学;2010年
5 田维亮;线切割废砂浆制备白炭黑及改性研究[D];山东科技大学;2010年
6 尹永琦;多端耦合量子点体系量子输运特性的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
7 谭鑫鑫;稀土离子掺杂纳米晶ZrO_2-Al_2O_3复合粉体的制备及发光性质的研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
8 甘自保;贵金属及其合金/碳纳米管复合材料的制备与表征[D];哈尔滨师范大学;2010年
9 赵紫军;(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究[D];长春理工大学;2010年
10 薛江;一维纳米材料的静电纺丝法制备、表征及性能研究[D];长春理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 曹建军,郭刚,汪斌华,段小平,黄婉霞,涂铭旌;PP/TiO_2纳米复合材料的研制及其抗老化机理分析[J];工程塑料应用;2004年07期
2 余宗宝;吴雪莲;任丽宏;徐志雄;李国斌;;油酸包覆Fe_3O_4纳米粒子的红外光谱研究[J];兵器材料科学与工程;2008年05期
3 孙奉玉,吴鸣,李文钊,李新勇,顾婉贞,王复东;二氧化钛的尺寸与光催化活性的关系[J];催化学报;1998年03期
4 丁星兆,柳襄怀;纳米材料的结构、性能及应用[J];材料导报;1997年04期
5 展宗城;任学昌;陈学民;苏立彬;胡普查;;Mn-Fe氧体/SiO_2/TiO_2磁载光催化剂的制备及性能[J];环境科学与技术;2009年04期
6 陈清松;朱文炎;李晓燕;赖寿莲;;竹炭负载二氧化钛光催化降解甲醛的研究[J];福建师范大学学报(自然科学版);2009年04期
7 郑亚萍,王波;TiO_2/环氧树脂纳米复合材料的研究[J];复合材料学报;2002年04期
8 曹亚安,丁兰,马颖,管自生,谢腾峰,张昕彤,吴志芸,白玉白,李铁津,姚建年,吴越;TiO_2纳米粒子膜的表面态性质对光催化活性的影响[J];高等学校化学学报;1999年11期
9 杜宏伟,孔瑛,Ying Zheng,史德青;聚酰亚胺/TiO_2有机-无机纳米复合膜材料的合成与表征[J];高分子材料科学与工程;2004年01期
10 颜秀茹,李晓红,宋宽秀,霍明亮,王建萍;粉末状和薄膜状TiO_2对敌敌畏的光催化降解[J];感光科学与光化学;1999年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 许士洪;可磁分离光催化剂的制备及其降解水中有机污染物性能的研究[D];上海交通大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张德恒;透明导电膜中光吸收边的移动[J];半导体杂志;1998年03期
2 李卫华,郝彦忠,王艳芹,乔学斌,杨迈之,蔡生民;硫化镉/Ru(Ⅱ)配合物复合敏化ZnO纳米晶多孔膜电极的光电化学[J];北京大学学报(自然科学版);1999年04期
3 魏少红,牛新书,蒋凯;WO_3纳米材料的NO_2气敏特性[J];传感器技术;2002年11期
4 王承遇,钟萍,姜妍彦,张国武;掺杂铈对玻璃表面TiO_2薄膜上油酸光催化降解的影响[J];催化学报;2000年05期
5 高远,徐安武,祝静艳,刘汉钦;RE/TiO_2用于NO_2~-光催化氧化的研究[J];催化学报;2001年01期
6 成英之,张渊明,唐渝;WO_3-TiO_2薄膜型复合光催化剂的制备和性能[J];催化学报;2001年02期
7 刘畅,暴宁钟,杨祝红,陆小华;过渡金属离子掺杂改性TiO_2的光催化性能研究进展[J];催化学报;2001年02期
8 周磊,刘昌,赵文宽,胡翎,方佑龄;液相沉积法制备光催化活性掺铁TiO_2薄膜[J];催化学报;2003年05期
9 张敬畅,李青,曹维良;超临界流体干燥法制备纳米TiO_2-ZnO复合催化剂及其对苯酚降解的光催化性能[J];催化学报;2003年11期
10 黄翠英;由万胜;党利琴;雷志斌;孙振刚;张澜萃;;钕掺杂对纳米TiO_2光催化分解水制氢活性的影响[J];催化学报;2006年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴晓晖, 吴锁林;氯化法钛白粉工艺的进展[J];氯碱工业;1994年05期
2 田小辉,彭义霆,付建生;金红石型云母钛珠光颜料的质量评价初探[J];湖北工学院学报;1995年03期
3 林元华,张中太,黄淑兰,李晋林;纳米金红石型TiO_2粉体的制备及其表征[J];无机材料学报;1999年06期
4 ;我国二氧化钛产业迅速膨胀[J];今日科技;2004年07期
5 ;2003-2005年钛白粉市场预测[J];有机硅氟资讯;2004年Z1期
6 王君,潘志军,张朝红,张向东,温福宇,孙伟,张邯玉;转晶纳米TiO_2的制备及其声催化活性的研究[J];无机化学学报;2005年10期
7 年洪恩;李金洪;刘华男;韩小刚;;钛白粉及其无机物包覆功能性表征[J];新型建筑材料;2006年03期
8 吴贤;张健;;中国的钛资源分布及特点[J];钛工业进展;2006年06期
9 朱振峰;张建权;李军奇;杨冬;孙洪军;郭丽英;;钒掺杂对TiO_2晶型转变的影响[J];化工新型材料;2010年02期
10 于春杭;邵红红;许晓静;翟瑞;;超细晶粒钛表面掺钽TiO_2薄膜的微结构及血液相容性研究[J];功能材料;2010年S3期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 方晓明;夏正斌;农云军;成晓玲;杨卓如;陈焕钦;;金红石型纳米TiO_2粉体的制备及其在乳胶漆中的应用研究[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集(下卷)[C];2001年
2 郭刚;曹建军;段小平;黄婉霞;涂铭旌;;金红石型纳米TiO_2改性ABS工程塑料抗老化应用研究[A];海峡两岸第二届工程材料研讨会论文集[C];2004年
3 郭刚;段小平;曹建军;黄婉霞;涂铭旌;;金红石型纳米TiO_2改性HIPS抗老化应用研究[A];2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集[C];2004年
4 郭刚;杨定明;熊玉竹;段小平;黄婉霞;涂铭旌;;纳米TiO_2和纳米ZnO的紫外光学特性及其在聚丙烯抗老化改性中的应用研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
5 黎甜楷;张振宗;徐灵戈;;用喇曼光谱研究温度对溶胶—TiO_2的析晶影响[A];中国物理学会光散射专业委员会成立十周年暨第六届学术会议论文集(上)[C];1991年
6 李凡修;陆晓华;梅平;;金红石晶型二氧化钛光催化剂研究应用进展[A];第四届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2005年
7 郑斌杰;王雪;谢兆雄;郑兰荪;;一步法合成锐钛负载的金红石TiO_2纳米棒及其光解水性质[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
8 徐瑞芬;付国柱;张鹏;胡伟康;许秀艳;;纳米TiO_2光催化剂在环境净化方面的应用[A];纳微粉体制备与应用进展——2002年纳微粉体制备与技术应用研讨会论文集[C];2002年
9 李金换;王秀峰;程冰;方俊;朱宛琳;;电子墨水用纳米TiO_2白色颗粒的制备[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
10 詹志洁;陈静谊;张忠杰;;SoI-GeI法中pH值对TiO_2奈米微粒晶型之影响[A];中国颗粒学会2006年年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 姜小毛;外资加盟将改革变我钛白行业格局[N];中国化工报;2006年
2 记者 高传立通讯员 满东广;新沂探明大型金红石矿床[N];徐州日报;2007年
3 毕胜;我国二氧化钛产能迅速膨胀[N];中国化工报;2004年
4 徐高栋;我国金红石型钛白粉具有良好的市场空间[N];中国有色金属报;2009年
5 本报记者 范文发;添光化工年产5万吨高档金红石型钛白粉项目快速推进[N];抚州日报;2009年
6 范文发;添光5万吨/年金红石型钛白粉项目获准兴建[N];抚州日报;2007年
7 任芳周军 母景琪;攀钢成功生产金红石钛白粉[N];经济日报;2007年
8 王文利;新法生产钛白粉[N];中国矿业报;2003年
9 本报记者 邹渠;李家权的“梦想”说[N];四川日报;2006年
10 记者 王正喜;高档金红石型钛白粉项目落户贾汪[N];徐州日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 于晓慧;金属掺杂TiO_2和ZnO的第一性原理研究[D];江苏大学;2010年
2 汪卓;二氧化钛表面缺陷及分子吸附的理论研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 赵妍;金红石型二氧化钛表面分子吸附体系的扫描隧道显微学研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 王元瑞;以TiO_2为基质复合氧化物功能材料的合成及应用研究[D];吉林大学;2013年
5 纪永飞;金红石型TiO_2(110)表面光傕化反应的分子尺度的机理的研究[D];中国科学技术大学;2013年
6 李广勤;二氧化钛光催化材料的可控制备及性能研究[D];中国科学院研究生院(理化技术研究所);2007年
7 方晓明;TiCl_4液相水解制备纳米TiO_2粉体的研究[D];华南理工大学;2002年
8 李雪冰;纳米二氧化钛及其复合物的制备和性质研究[D];中国科学技术大学;2007年
9 崔雪峰;金红石型TiO_2(110)表面扫描隧道显微术研究[D];中国科学技术大学;2008年
10 冯庆;TiO_2半导体薄膜的制备与气敏传感性质研究[D];重庆大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 初丽娜;有机小分子化合物在金红石TiO2表面吸附及迁移机理的研究[D];华东理工大学;2011年
2 于静;低温液相合成金红石型TiO_2纳米球[D];河北师范大学;2004年
3 张国永;高分子材料改性用金红石型纳米TiO_2的制备及表征[D];浙江大学;2011年
4 郇昌永;单一晶型纳米TiO_2的制备[D];浙江工业大学;2004年
5 龙震;稀土氟化物纳米复合光学材料的制备及金红石型二氧化钛的HRTEM研究[D];武汉大学;2004年
6 周微波;XD公司发展战略研究[D];电子科技大学;2007年
7 孙彬;暴露晶面可控的金红石型TiO_2纳米棒的自组装及其光催化性能[D];齐鲁工业大学;2014年
8 白明辉;纳米结构TiO_2的制备、组装及其光催化性能研究[D];河北师范大学;2005年
9 刘淑君;改性金红石型TiO_2可见光催化H_2O_2降解有机污染物的研究[D];中南大学;2010年
10 龚黎明;介观晶型二氧化钛在离子液体中的控制合成及其应用[D];湖南师范大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026