TiO2光催化技術(shù)的材料化學(xué)工程研究.pdf

1、南京工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文TiO2光催化技術(shù)的材料化學(xué)工程研究姓名：李偉申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料化學(xué)工程指導(dǎo)教師：陸小華；馮新200812摘要【001】銳釷m00】Ti02(B)，雙晶界面體現(xiàn)出晶格匹配、缺陷少的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。在殼層保護(hù)下，銳鈦一金紅石轉(zhuǎn)晶過程由常規(guī)的600℃左右推遲至1000℃左右，從而可獲得高溫穩(wěn)定、高結(jié)晶度的純銳鈦型Ti02。在此基礎(chǔ)上，為了了解影響Ti02性能的主要結(jié)構(gòu)因素，本文重新設(shè)計(jì)了制備過程，獲得了高結(jié)晶度

2、、雙晶和介孔等特征結(jié)構(gòu)獨(dú)立的Ti02，剝離出Ti02單一結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，使新材料的設(shè)計(jì)有據(jù)可依。1)突破銳鈦一金紅石轉(zhuǎn)晶束縛的晶化過程能顯著提升Ti02的性能，高結(jié)晶度的銳鈦型Ti02光催化降解有機(jī)物的整體活性與P25相當(dāng)，而單位比表面活性約為P25的5倍；2)雙晶異質(zhì)結(jié)除了具有匹配的晶相界面，更有匹配的能帶結(jié)構(gòu)，Ti02(B)導(dǎo)帶上的光生電子在能級差驅(qū)使下流向銳鈦的導(dǎo)帶，而銳鈦價(jià)帶上的光生空穴在能級差的驅(qū)使下流向Ti02(B)的價(jià)帶

3、，晶格匹配的兩相界面為載流子遷移提供了暢通的通道，兩類載流子被有序地分配到組成Ti02的兩相中，有效地減少了其復(fù)合損耗的機(jī)率，碘離子氧化、OTSSAMs降解和Pt還原沉積三個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)都證實(shí)了銳鈦一Ti02(B)雙晶異質(zhì)結(jié)區(qū)別于單一晶型或P25的光生載流子有效分離和定向遷移特性；3)熱穩(wěn)定性好、晶化過程不會坍塌的介孔結(jié)構(gòu)可以同時(shí)將高比表面和高結(jié)晶度兩大對光催化性能有利的因素集于一身，從而獲得高性能的Ti02光催化材料。在“結(jié)構(gòu)一性能”相

4、互關(guān)系的認(rèn)識基礎(chǔ)上，有針對性地設(shè)計(jì)和改造出性能增強(qiáng)的Ti02光催化材料。1)高結(jié)晶度銳鈦型Ti02的高活性、高溫穩(wěn)定性和大顆粒形貌使其具有活性穩(wěn)定和易于分離回收的兩大實(shí)用性，成為具備實(shí)用價(jià)值的深度水處理光催化材料；2)納米Pt顆粒的擔(dān)載可繼續(xù)大幅提高銳鈦一Ti02(B)雙晶結(jié)構(gòu)中光生載流子分離效率，更能將光生載流子有序地遷移至Ti02表面，充分發(fā)揮光生空穴和光生電子各自的氧化和還原能力，在甲醇一水體系的光催化產(chǎn)氫實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出優(yōu)于單一晶型

5、或P25的穩(wěn)定的高產(chǎn)氫速率；3)介孔Ti02晶須的孔結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定納米金屬團(tuán)簇，擔(dān)載納米Pt、Au團(tuán)簇的介孔Ti02晶須，分別在光催化產(chǎn)氫和CO低溫氧化兩個(gè)應(yīng)用方向上表現(xiàn)了出色的活性和穩(wěn)定性。與新材料研究互動(dòng)的過程裝備研究同時(shí)展開。通過環(huán)型和管式反應(yīng)器中光強(qiáng)分布、光輻射衰減模型和流型研究，設(shè)計(jì)了兩款面向不同應(yīng)用場合的實(shí)用型光催化水處理反應(yīng)器：以大處理量為特點(diǎn)的單燈多管式反應(yīng)器和以低能耗為特色的薄壁型環(huán)式反應(yīng)器。在反應(yīng)器從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的