一步合成金紅石相TiO-,2-及其應(yīng)用的研究.pdf

1、催化劑的光催化活性包括：活化能、反應(yīng)速率、速率常數(shù)和轉(zhuǎn)換頻率等方面?；罨芘cTiO2的能隙、比表面積(粒度)、表面活性和晶體缺陷等內(nèi)因相聯(lián)系。比表面積、表面活性等內(nèi)因和外因決定反應(yīng)速率、速率常數(shù)和轉(zhuǎn)換頻率等因素。因此，本論文通過(guò)定性計(jì)算、實(shí)驗(yàn)表征和動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合共同研究催化劑的光催化活性。首先，根據(jù)量子化學(xué)從頭計(jì)算法(第一性原理)分別預(yù)測(cè)出三種晶相TiO2、稀土/金紅石相TiO2和金紅石相TiO2/沸石的光催化活性。計(jì)算結(jié)論證實(shí)，金紅

2、石相TiO2的光催化活性最優(yōu)，且穩(wěn)定性最高。除Sc、Y、Yb和Lu外，其余13種稀土均降低金紅石相TiO2的能隙，且多數(shù)稀土元素能使金紅石相TiO2發(fā)生“紅移”效應(yīng)。其次，根據(jù)卡普斯欽斯基(Kapustinskii)經(jīng)驗(yàn)公式，TiO2/沸石體系的Ti/Si的比例越大，體系的晶格能越大，生成金紅石相TiO2的幾率越大。因此，在高Ti/Si比例時(shí)，易于制備出TiO2/沸石體系催化劑，且光催化速率較優(yōu)。
　　 本論文實(shí)驗(yàn)部分分別以鈦酸

3、丁酯和四氯化鈦為鈦源，通過(guò)一步法合成出銳鈦礦相TiO2和金紅石相TiO2，其結(jié)晶度均為納米級(jí)，粒度均為微米級(jí)。考慮能隙為主要影響因素時(shí)，以La2O3、CeCO3和Y2O3作為摻雜物，合成出La/金紅石相TiO2、Y/金紅石相TiO2和Ce/TiO2粉體，其摻雜量為0.50Wt％、1.00Wt％、1.50Wt％和2.00Wt％，結(jié)晶度和粒度均小于金紅石相TiO2?？紤]反應(yīng)速率為主要影響因素時(shí)，以天然斜發(fā)沸石作為載體，合成出不同負(fù)載率的金紅

4、石相TiO2/沸石粉體，其比表面積均與活化沸石相近。最后，在優(yōu)化的太陽(yáng)光光源下，利用上述催化劑催化25mg/L的不同表面電性的有機(jī)物(亞甲基藍(lán)—+、甲基紅—0、甲基橙——)。其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，①金紅石相TiO2的光催化活性均優(yōu)于銳鈦礦相TiO2，且催化時(shí)間降低一半左右，其與第一性原理和催化劑表征的結(jié)論相吻合。②由于Ce的能壘作用較為特殊，未能得到大量的金紅石相TiO2，則Ce/TiO2僅作為對(duì)比物。La/金紅石相TiO2和Y/金紅石

5、相TiO2的表面狀態(tài)和晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變，其與光催化活性相聯(lián)系。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，1.00Wt％La/金紅石相TiO2的光催化活性最優(yōu)，其與第一性原理的結(jié)論相吻合。③實(shí)際負(fù)載率從0 wt％到17.65Wt％(設(shè)計(jì)量0Wt％到60Wt％)時(shí)，所得樣品為金紅石相TiO2/沸石。實(shí)際負(fù)載率為28.61Wt％和38.27wt％(設(shè)計(jì)量80Wt％和100Wt％)時(shí)，所得樣品為無(wú)定型相TiO2/金紅石相TiO2/沸石。反應(yīng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，金紅石相