表面摻N、摻F、暴露｛001｝晶面納米TiO2催化劑的制備、表征及其光催化降解有機(jī)染料性能的研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)半導(dǎo)體材料作為一種性能優(yōu)良的光催化劑被人們廣泛應(yīng)用于解決環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題。由于TiO2具有高效的催化活性、化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性能好、環(huán)境友好型以及較強(qiáng)的降解和吸附有機(jī)染料性能的特點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注和大量的研究。然而傳統(tǒng)的TiO2材料光生電子空穴對(duì)復(fù)合率高，導(dǎo)致其量子效率低從而降低了光催化活性，并且禁帶寬度較大，只能利用太陽(yáng)光中的紫外線，極大的限制了TiO2的實(shí)際利用。近年來(lái)，在TiO2光催化材料的制備過(guò)程中實(shí)現(xiàn)非

2、金屬陰離子摻雜和暴露高能量晶面普遍被認(rèn)為是提高光催化活性的有效方法。
　　基于上述研究背景，本論文主要針對(duì)紫外、可見光催化降解有機(jī)染料的反應(yīng)，制備了一系列納米TiO2催化劑，并通過(guò)優(yōu)化合成條件、調(diào)控形貌結(jié)構(gòu)和表面摻雜負(fù)載等方法得到了高活性的催化劑材料。
　　論文第一章對(duì)TiO2的晶型結(jié)構(gòu)、光催化機(jī)理及其應(yīng)用、改性方法和本論文的研究意義及現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。
　　論文第二章以SiO2為模板，在乙醇-乙腈溶劑體系中使用鈦酸四正

3、丁酯合成了一系列SiO2@TiO2結(jié)構(gòu)和中空球形納米TiO2催化劑。得到的銳鈦礦型中空球形納米TiO2催化劑，殼層均勻、穩(wěn)定型強(qiáng)、晶型完整，具有較大的比表面積和微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行了紫外光和可見光條件下降解有機(jī)染料催化活性測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)@antaseTiO2在紫外光條件下相比于市售P25對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)、甲基橙(MO)和羅丹明B（RhB）具有更高的催化降解活性。
　　論文第三章以無(wú)定形中空球形TiO2粉末作為反應(yīng)前驅(qū)體，NH4F為

4、表面修飾劑和形貌控制劑在水熱條件下合成了暴露高能面{001}面的TiO2納米立方塊結(jié)構(gòu)。SEM和TEM表征顯示制備出的TiO2立方塊結(jié)構(gòu)形貌規(guī)整、單分散性好并且大小均勻:30-50 nm之間。這種催化劑在光催化反應(yīng)中表現(xiàn)出更好的活性，主要依賴于F對(duì)TiO2的刻蝕效果，使其暴露出{001}面，不僅有利于光生電子對(duì)的傳導(dǎo)，還減小了TiO2的禁帶寬度。通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物的濃度比例、水熱時(shí)間和水熱溫度等實(shí)驗(yàn)條件，優(yōu)化了催化劑的制備過(guò)程，并制備出小顆

5、粒堆積球結(jié)構(gòu)、薄片結(jié)構(gòu)和紡錘體結(jié)構(gòu)的TiO2催化材料。
　　論文第四章選用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([Bmim][BF4])作為F源，水熱條件下對(duì)無(wú)定形中空球形TiO2材料進(jìn)行表面刻蝕和形貌的控制生長(zhǎng)。得到了由暴露{001}面TiO2納米立方塊組裝堆積而成的中空球形結(jié)構(gòu)，這種催化劑不僅形貌新穎，而且在可見光條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性。論文首次采用離子液體輔助條件下，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)一步合成法制備出了表面摻N、摻F并且暴露