上轉(zhuǎn)換材料復(fù)合TiO-,2-光催化劑的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展,環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重,如何治理環(huán)境污染也是人類亟待解決的重要問題。由于TiO2在光催化方面具有其它光催化劑不可比擬的優(yōu)勢,已成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點。然而銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度約為3.2eV,只能利用僅占太陽光4％的紫外光,這給TiO2的工業(yè)化應(yīng)用帶來了難題。因此人們利用離子摻雜、貴金屬沉積和半導(dǎo)體復(fù)合等技術(shù)對TiO2進行改性,以使其吸收邊紅移從而可以利用太陽光中的可見光。目前這些手段也取得了一定的成果。但是不同

2、波長的光激發(fā)出的空穴的氧化能力是有明顯差別的,紫外光激發(fā)所產(chǎn)生的空穴具有更強的氧化性,同時氧化性較強的空穴也可以與水分子反應(yīng)生成強氧化性的羥基自由基,這同樣有利于光催化反應(yīng)的進行,從而將污染物徹底礦化。本文在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上,分別研究了氟化物、氧化物和磷酸鹽等能將可見光轉(zhuǎn)換成紫外光的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料并與TiO2復(fù)合的方法對其進行改性,主要進行了以下幾方面的研究。
　　 1、通過燃燒法制備了CaF2(Er3+)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料,經(jīng)

3、過測試其發(fā)光性能發(fā)現(xiàn)該上轉(zhuǎn)換材料通過480nm可見光激發(fā)在320-380nm范圍內(nèi)有2個較強的發(fā)射峰,分別位于332nm和376nm處,這說明該上轉(zhuǎn)換材料能成功得將可見光轉(zhuǎn)換成紫外光。在此基礎(chǔ)上我們利用溶膠-凝膠法將上轉(zhuǎn)換材料與TiO2進行復(fù)合,并對復(fù)合光催化劑進行表征,最后在可見光下對不同的復(fù)合光催化劑的光催化性能進行了評價,結(jié)果表明當(dāng)上轉(zhuǎn)換材料的復(fù)合量為15％時CaF2(Er3+)/TiO2光催化劑在可見光下照射3小時后對亞甲基藍(lán)的

4、降解率可以達(dá)到52％,是純TiO2在同樣條件下的降解率的3倍。
　　 2、用沉淀法制備出ZrO2(Er3+)上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料并對其發(fā)光性能進行測試,研究表明該上轉(zhuǎn)換材料具有較好的發(fā)光性能,在522nm可見光照射下能發(fā)射出較強的紫外光。ZrO2(Er3+)/TiO2光催化劑利用沉淀法制備,復(fù)合光催化劑的物相、晶粒大小、形貌、比表面積和吸收邊分別用XRD、TEM、BET和紫外-可見分光光度計進行表征,結(jié)合復(fù)合光催化劑的光催化反應(yīng)結(jié)果可

5、知:當(dāng)上轉(zhuǎn)換材料與TiO2的摩爾比為30％時復(fù)合光催化劑對甲基橙的降解率最高。
　　 3、Ca3(PO4)2:Tm3+上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料和Ca3(PO4)2:Tm3+/TiO2復(fù)合光催化劑分別由高溫固相法和溶膠-凝膠法制備,通過對Ca3(PO4)2:Tm3+的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜的研究發(fā)現(xiàn),上轉(zhuǎn)換材料在可見光照射下能發(fā)射出被TiO2直接吸收利用的紫外光。隨后我們對不同樣品進行了表征,結(jié)果表明高溫固相法制備出的上轉(zhuǎn)換材料的形貌有了較為嚴(yán)

6、重的破壞,復(fù)合光催化劑的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為TiO2沉積在上轉(zhuǎn)換材料表面。分別在可見光和紫外光下對苯酚溶液進行光催化反應(yīng)并對降解結(jié)果進行對比,研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合光催化劑的可見光利用率遠(yuǎn)高于純TiO2,同時結(jié)合光催化反應(yīng)的結(jié)果分析了樣品的結(jié)構(gòu)對光催化性能的影響。
　　 本論文分別制備出不同種類的上轉(zhuǎn)換材料并與TiO2光催化劑進行復(fù)合,通過表征研究了復(fù)合光催化劑的性能,所做工作取得了一些有意義的成果,具有一定的創(chuàng)新性,在某種程度上為TiO2的工業(yè)化