鑭摻雜型TiO2、BiOI光催化粉體和CNTs-TiO2光催化超憎水薄膜的制備與研究.pdf

1、近年來，光催化材料在環(huán)境凈化領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，引起了人們廣泛的關(guān)注，其中研究最多的光催化材料為TiO2，由于它價廉、性能高以及安全性，在大氣/水污染凈化治理等環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用最具潛力而成為研究焦點(diǎn)。然而TiO2存在光子利用率低、光生電子空穴對復(fù)合迅速等缺點(diǎn)，限制了實(shí)際應(yīng)用，需進(jìn)一步改善。本文研究目的是制備高活性光催化劑，從兩個方面著手:提高光生電子空穴對的利用率，采用稀土元素La摻雜和La，F(xiàn)共摻雜對TiO2結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制;提高光催化劑對太

2、陽能的利用，制備了一種圓環(huán)結(jié)構(gòu)的可見光型光催化劑BiOI。本論文采用了新穎簡易的制備方法，制備得到的3種光催化劑具體如下:①鑭摻雜改性TiO2(下文中以“La-TiO2”表示)粉體;②鑭氟共摻雜改性TiO2(下文中以“(La，F(xiàn))-TiO2”表示）粉體;③微米圓環(huán)碘氧化鉍(BiOI)粉體，并詳細(xì)討論了它們的結(jié)構(gòu)和光催化性能的關(guān)系。
　　超憎水材料表面幾乎不粘水，水珠能立即滾落同時帶走表面的污染物，從而起到自清潔和防霧的效果，目前同

3、時具有光催化和超憎水的多功能薄膜，在自清潔玻璃如建筑物、汽車和光伏等領(lǐng)域應(yīng)用前景大，本論文制備了CNTs/TiO2光催化超憎水透明多功能性復(fù)合薄膜，并研究了它們的結(jié)構(gòu)和光催化超憎水性能之間的關(guān)系。
　　本文的主要研究內(nèi)容簡要如下:
　　(1) La-TiO2光催化粉體
　　以鈦酸納米管為前驅(qū)體，通過引入稀土金屬元素La，采用水熱法制備了La-TiO2光催化粉體。與未摻雜TiO2對比，La-TiO2粉體增加了表面缺陷/氧

4、缺陷，表面缺陷能夠吸附氧氣形成O-基團(tuán)，進(jìn)行空穴捕獲，抑制了載流子的再復(fù)合，顯著提高了光催化活性。
　　(2)(La，F(xiàn))-TiO2光催化粉體
　　以鈦酸納米管為前驅(qū)體，通過La、F共摻的水熱合成方法，成功制備了具有高光催化活性的、結(jié)晶-無序核-殼結(jié)構(gòu)銳鈦礦相(La，F(xiàn))-TiO2粉體。表面的無序殼是由(La，F(xiàn))共摻，La3+占據(jù)晶格間隙，F(xiàn)-取代晶格中O2-位置而形成。無序表面殼層引起能帶彎曲，能夠有效地捕獲光生空穴，結(jié)

5、晶-無序核-殼結(jié)構(gòu)(La，F(xiàn))-TiO2在紫外光照射下降解甲基橙，顯示了高的光催化活性。這是合成結(jié)晶-無序核-殼結(jié)構(gòu)銳鈦礦相TiO2光催化劑的一種新途徑。
　　(3)可見光反應(yīng)型BiOI光催化粉體
　　用乙醇-油酸的混合溶劑為反應(yīng)媒介，通過一步水熱法合成了由納米片組裝而成的BiOI微米圓環(huán)。同樣實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)不含油酸時，僅得到BiOI微米片。在乙醇-油酸混合溶劑的反應(yīng)體系中，油酸起著誘導(dǎo)作用，油酸中的羧酸基團(tuán)可以與Bi離子發(fā)

6、生相互作用形成復(fù)合物(-COO--Bi3+)，該復(fù)合物通過吸附在BiOI晶核的晶面，控制BiOI的定向生長，從而誘導(dǎo)納米片組裝形成圓環(huán)。實(shí)驗(yàn)制備的微米圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)BiOI與微米片狀結(jié)構(gòu)BiOI相比，可見光催化活性提高了30％。該實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)了一種新的、簡單的制備微米圓環(huán)的方法。
　　(4)光催化超憎水透明多功能性CNTs/TiO2復(fù)合薄膜
　　使用液相沉積法，沉積液中添加CNTs分散液，在玻璃基板上制備了CNTs/TiO2光催化超

7、憎水透明復(fù)合功能薄膜。550nm波長時透過率達(dá)到79％，接觸角達(dá)到160±3°，滾動角小于2°;另外，紫外光照射下降解亞甲基藍(lán)溶液時，CNTs/TiO2薄膜的光催化效果是純TiO2薄膜的1.6倍。該薄膜的微觀形貌觀察表明，高分散、大小均勻的TiO2納米顆粒沿著納米管生長，負(fù)載在碳納米管表面，CNTs與TiO2之間形成了Ti-O-C化學(xué)鍵合，Ti-O-C化學(xué)鍵合起到橋梁作用，促進(jìn)CNTs和TiO2的相互沉積，使CNTs和TiO2組裝形成復(fù)