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二氧化钛光催化材料的可控制备及性能研究

李广勤  
【摘要】: 由于独特的化学稳定性、无毒和相对较高的光催化活性,到目前为止,TiO2仍是最理想的光催化剂、气体传感器、太阳能电池和颜料材料。然而,如何解决TiO2光催化材料的光谱响应范围窄、反应速度慢,以及因光生载流子复合所造成的光催化效率低的问题仍然是当今光催化领域面临的巨大挑战。本论文用模板法、掺杂复合法、植物复制方法选择性地控制合成不同结构和形态的TiO2光催化材料,研究了样品的光催化活性,对机制进行了初步探讨。主要研究内容和结果如下: 1.水溶液中可控制备单分散TiO2空心球 以甲基丙烯酸改性的PS球作为模板,利用表面活性剂(CTAB)辅助包覆的方法,以TiCl4作为前驱体,在水溶液中成功制备了壳层厚度可控的单分散TiO2空心球,整个实验过程可以在水溶液中完成。TiO2空心球的壳层厚度可以通过控制TiCl4和氨水的量来调节。初步探讨了空心球的形成机理。这种简单、价格低廉的合成方法可用来大规模制备单分散TiO2空心球。 2.复制剑麻纤维制备中空TiO2纤维及其性质研究 运用复制植物模板(剑麻纤维)的方法成功制备了中空TiO2纤维。利用XRD、SEM、BET及TGA-DSC等测试手段对所制备的样品性能进行了表征。结果表明,样品保持了模板的形貌和结构特点,并且显示出了对罗丹明B的光催化活性。利用该方法有可能制备其它一些中空金属或金属氧化物纤维。 3.Ce4+掺杂TiO2纳米光催化剂的制备及反应活性研究 用简单的水热方法制备了Ce4+掺杂的锐钛矿和金红石相TiO2样品,并对其光催化活性进行了考察。利用XRD、TEM、XPS及紫外-可见反射光谱等手段对所制备的样品性能进行了表征。结果表明:Ce4+掺杂能够提高金红石型TiO2的光催化活性。但是Ce4+掺杂大幅度降低了锐钛矿型TiO2样品的光催化活性。因为Ce4+掺杂导致样品表面羟基数量的不同变化。 4.激光闪光光解技术研究Pt4+掺杂TiO2光催化活性机制 通过用纳秒激光直接激发Pt4+掺杂的TiO2透明溶胶体系,研究了440纳米处O-吸收光谱的衰减过程。O-是被捕获的正空穴的信号,是光催化反应过程中产生.OH自由基的决定影响因素,O-浓度和衰减速度决定了光催化反应的效率。研究表明,O-的寿命可以长达到几十微秒。利用纳秒激光闪光光解的研究结果阐明了Pt4+掺杂显著提高TiO2光催化活性的机制。


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