溶劑熱法合成新型光催化劑及其性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化是一門集表面化學(xué)、材料學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)、催化化學(xué)和環(huán)境化學(xué)于一體的綜合性學(xué)科，其特征是半導(dǎo)體光催化劑通過吸收光能在導(dǎo)帶和價帶分別產(chǎn)生具有極強(qiáng)還原能力的光生電子和氧化能力的光生空穴，在催化劑表面發(fā)生直接或間接的還原或氧化反應(yīng)。在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中TiO2以其無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、催化活性高、廉價易得及可直接利用太陽光等優(yōu)點(diǎn)受到人們的親睞，但是較寬的禁帶和較低的量子效率限制了其發(fā)展。然而研究表明，二氧化鈦的光催化活性除取決于比

2、表面積、晶相、結(jié)晶度和形貌結(jié)構(gòu)外，還取決于其暴露的晶面。本實(shí)驗(yàn)室已從事多年的光催化劑設(shè)計(jì)和開發(fā)工作，在研究催化劑結(jié)構(gòu)和暴露面與活性的內(nèi)在聯(lián)系方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。針對現(xiàn)在光催化領(lǐng)域存在的實(shí)際問題和本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，我們從催化劑的晶面和形貌方面入手，通過對合成條件的優(yōu)化，合成了具有高能面暴露的特殊形貌結(jié)構(gòu)的二氧化鈦光催化劑，并研究了暴露面和結(jié)構(gòu)對活性的影響，為實(shí)用性光催化技術(shù)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。本論文主要開展了以下四方面的工作：
　

3、　 1.醇熱法合成高效光催化劑Bi2WO6及其光催化性能研究
　　 采用溶劑熱方法制備了均勻球形結(jié)構(gòu)的Bi2WO6可見光催化劑且具有較大比表面積可達(dá)5.0 m2/g，是固相法合成樣品的10倍左右。并將其應(yīng)用于含有RhB的染料廢水降解實(shí)驗(yàn)中；同時與固相法合成的Bi2WO6光催化劑做了相應(yīng)的對比。結(jié)果表明，通過溶劑熱合成的Bi2WO6光催化劑具有較高的光催化活性。
　　 2.水熱法合成{001}面暴露結(jié)構(gòu)可控的二氧化鈦微米

4、球
　　 通過水熱法以TiF4為前驅(qū)體，以蒸餾水為溶劑，通過調(diào)變陳化溫度和陳化時間合成了結(jié)構(gòu)可控的{001}高能面暴露的二氧化鈦微米球。并采用FESEM、XRD、TEM等表征方法證明了微米球從實(shí)心到空心的結(jié)構(gòu)可控性，同時還證實(shí)了微米球的外表面為{001}高能面。同時該光催化劑在甲苯的光催化選擇性氧化中顯示了很好的光催化活性，其活性是商業(yè)化二氧化鈦P25的3倍左右。
　　 3.醇熱法合成{001}面高暴露率的單晶微米片層狀

5、二氧化鈦
　　 借助醇熱法以TiF4為前驅(qū)體，以苯甲醇為溶劑，通過調(diào)變陳化溫度和陳化時間合成了{(lán)001}高能面暴露的微米片層狀二氧化鈦。BET測試表明其比表面積可達(dá)16 m2/g，是現(xiàn)在已報(bào)道單晶氧化鈦的2-3倍。采用XRD、FESEM、TEM等測試手段，對光催化劑的形貌、晶相及暴露面做了詳細(xì)的證明，并計(jì)算了{(lán)001}高能面暴露率高達(dá)95％。同時以甲苯的光催化選擇性氧化為探針反應(yīng)研究了其光催化活性。
　　 4.尺寸及{0

6、01}面暴露率可控的單晶二氧化鈦的合成
　　 利用溶劑熱，以TiF4為前驅(qū)物，苯甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇和叔丁醇為溶劑，通過調(diào)節(jié)不同的醇試劑包括醇試劑的種類、用量以及合成條件的優(yōu)化制備了尺寸及{001}高能面暴露率可調(diào)的單晶二氧化鈦。采用TEM、FESEM、XRD和XPS等測試手段，對產(chǎn)物形貌和組成進(jìn)行詳細(xì)的分析和表征并計(jì)算了{(lán)001}高能面的暴露率。通過甲苯的光催化選擇性氧化研究了其光催化活性與單晶氧化鈦粒徑尺寸和{001}