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纳米TiO_2的制备、表面修饰及光催化活性研究

苗慧  
【摘要】:TiO_2纳米材料,具有很高的比表面积,很强的吸收紫外线的能力,良好的稳定性,具有高效的光催化活性,且对环境不造成污染,是目前最具应用前景的一种纳米材料,也是一种极具潜力能源材料。本文研究了以下几个方面内容: 1、以四氯化钛和钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法在低温下制备了四种不同晶相组成的纳米TiO_2,通过XRD和SEM对合成的纳米颗粒的晶型、形貌进行研究,以FT-IR和UV-Vis研究产物的表面结构及光吸收特性,得到其带隙能值。分别在紫外光下和可见光下降解甲基橙和罗丹明B溶液,分析晶型组成、光源对TiO_2的光催化活性的影响,并与市售的P25做比较,发现制备得到的产物具有很高的活性,除金红石相的TiO_2的活性略差,其它产物活性均高于P25,这说明光催化活性除与产物的晶型组成有关,还与粒径、带隙能值等有关。 2、运用微波辅助法和水热合成法两种方法,选用溴化1-乙基-2,3-二甲基咪唑、N-丁基吡啶六氟磷酸盐、聚乙二醇为模板剂制备了系列多孔TiO_2,主要是介孔TiO_2纳米材料,观察合成方法、模板剂、焙烧温度、原料比率等对TiO_2结构与性能的影响。利用XRD、SEM等仪器表征合成产物的晶型、结构、形貌及颗粒大小并且通过N2吸附-脱附实验测试了其比表面积和孔径。研究了其在可见光下对罗丹明B染料溶液的降解活性。结果发现水热合成方法制备得到的产物的粒径均匀,孔径分布窄且均匀,以离子液体为模板剂制备得到的纳米颗粒粒径小。不同原料配比条件下制备的TiO_2的光催化效率不同。 3、制备了系列罗丹明B染料敏化的金红石相TiO_2,并运用朗博比尔定律准确计算得到系列产物中罗丹明B的实际吸附量,在紫外灯和可见光灯下降解甲基橙溶液,研究吸附量对产物光催化活性的影响,结果表明与未敏化的金红石相TiO_2的降解率相比其光催化活性有较大提高。通过溶胶-凝胶法,采用自制的纯相金红石TiO_2为原料制备了系列少量CuO掺杂的TiO_2光催化剂。因为从X-射线衍射图中很难看出CuO的存在,因此选取其中0.5%掺杂量的CuO-TiO_2样品测定了其X-射线光电子能谱,通过分析确定产物中CuO的存在,且发现产物中掺杂了Cu之后,Ti 2p区的XPS峰型变宽,掺杂样品的催化活性有所提高。


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