TiO2纳米带的制备、改性及其光催化性能的研究

朱林

中国海洋大学

摘要：

纳米尺寸的TiO2颗粒作为催化剂直接分散在污水中势必造成分离及回收困难的问题,这也限制了其实际应用。为此本论文通过水热法制备了大尺寸的一维纳米材料,通过离子掺杂对纳米材料进行改性,研究了改性TiO2纳米带的光催化活性及其影响因素。
通过简易的水热法在不同的水热温度下制备了纳米带样品,在实验中讨论了热处理温度及热处理时间对样品的晶体结构、表面形貌及催化活性的影响。通过X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、N2-吸附与脱附、光催化装置对其各项性能进行表征。所得结果为:制备的纳米带长度为几十纳米到几微米,宽度为50 nm-300 nm,具有很大长径比和很小的厚度,未经退火处理的纳米带保持单斜的H2Ti3O7晶相。经过热处理H2Ti3O7转变成了TiO2,当热处理温度低于700℃时,样品为锐钛矿相TiO2,当热处理温度升至800℃时,锐钛矿相开始向金红石相转变。通过透射电镜观察到热处理之后在TiO2纳米带表面上出现很多微孔,并且微孔的几何尺寸随着热处理温度的升高而变大。此外,评价了催化剂的光催化活性,实验表明,在600℃煅烧2.5 h和800℃煅烧1.5 h的样品对甲基橙降解有较好的光催化活性。
通过二次水热的方法制备了Gd3+掺杂浓度不同(0、0.5、0.7、1.0、3.0、5.0及7.0wt％)的TiO2纳米带粉体,实验中讨论了掺杂浓度、二次水热温度及热处理对TiO2纳米带晶体结构、表面形貌及催化活性的影响。结果表明,Gd3+的掺杂没有影响样品的晶型结构,样品始终保持TiO2锐钛矿相,掺杂提高了样品的光催化活性,在Gd3+的掺杂浓度为5.0％时,光催化活性最高。随着二次水热温度升高,结晶度提高,光催化活性提高,对通过二次水热制备的样品进行热处理,样品的锐钛矿结构不变,结晶度提高,微观形貌发生改变,光催化活性显著提高。

关键词：TiO2纳米带;光催化剂;离子掺杂改性;水热法制备;光催化性能

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：材料物理与化学

导师姓名：曹立新

学位年度：2011

语种：中文

分类号：TQ426.8;TN304.21

页数：71

在线出版日期：2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）