二氧化钛纳米复合材料的制备及其光催化性能研究
作为常用的光催化剂，TiO2因其化学性能稳定、光活性高、来源丰富等特性，在降解环境污染物方面令人尤为瞩目。但由于TiO2能隙较宽，使其只能被紫外光激发，光利用率受到限制，同时光生载流子复合快，导致其光量子效率低等缺陷限制了其实际应用。鉴于此，为提高TiO2的催化活性，主要从降低TiO2禁带宽度和提高量子效率两方面对其进行改性。 碳纳米管(CNTs)由于具有较大比表面积和优良的电荷传输性能，在TiO2的诸多改性技术中受到关注。但由于CNTs在TiO2前驱体的溶剂体系中较差的分散性，限制了复合催化剂光催化活性的提高。磷钨酸H3PW12O40(HPW)作为CNTs的无机分散剂，可以利用HPW对CNTs的高度分散作用，实现TiO2在CNTs表面的均匀分布。同时，HPW做为一种与TiO2具有相似半导体氧化物能带结构的多氧金属簇化合物，能够有效改善TiO2的光催化活性。本文利用HPW、CNTs和TiO2三者之间的相互作用，制备了具有高催化活性的TiO2复合纳米颗粒。同时考虑到TiO2纳米管(TNTs)相对TiO2纳米颗粒具备的大比表面积及管状结构等独特优势，利用HPW修饰TiO2纳米管，制备了热稳定性与催化能力均可得以改善的TiO2复合纳米管。论文主要内容如下: 1、采用溶胶凝胶法制备了HPW/TiO2纳米颗粒，利用XRD、BET、SEM、FT-IR、Ram an、UV-Vis DRS等方法对样品进行表征，通过Kubelka-Munk方程估算催化剂的能隙，并评估HPW/TiO2的光催化性能，探讨HPW的用量对TiO2光催化性能的影响。结果显示，适量的HPW修饰可以提高TiO2的光催化活性，其中HPW(10wt％)/TiO2在120min后对亚甲基蓝(MB)溶液的脱色率达到96.1％，对比TiO2高出9％。 2、采用溶胶凝胶法制备HPW/CNTs/TiO2纳米颗粒，利用XRD、BET、TEM、FT-IR、Raman、UV-Vis DRS等方法对样品表征，通过Kubelka-Munk方程估算样品能隙，并评估HPW/CNTs/TiO2的光催化性能，探究各组分在体系中的作用，以及CNTs添加量、待降解溶液初始浓度、催化剂用量对光催化效率的影响。结果显示，60min后HPW(5％)/CNTs(1 wt％)/TiO2对MB溶液的脱色率达到99％以上，对比TiO2高出28％。 3、采用水热法结合浸渍法制备HPW/TiO2复合纳米管，利用XRD、BET、TEM、UV-Vis DRS等方法对样品表征，通过Kubelka-Munk方程估算催化剂的能隙，并评估HPW/TNTs的光催化性能，探究煅烧温度对TNTs形貌、晶型的影响，探究HPW对TNTs热稳定性和光催化性能的影响。结果显示，HPW的修饰提高了TNTs的热稳定性;样品对MB溶液显示出了良好的脱色效果，其脱色效果来自于吸附与光降解的共同作用。
二氧化钛纳米复合材料;制备工艺;磷钨酸;碳纳米管;光催化性能
中国海洋大学
硕士
材料物理与化学
张玥
2015
中文
TB332
71
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）