鈦基可見光催化劑的制備及光催化活性研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機是當前人類面臨的兩大問題，光催化技術(shù)有望成為解決環(huán)境和能源問題的有效方式，高效可見光納米材料設計、合成及應用已成為材料科學、表面化學、環(huán)境科學等領域研究的熱點。本論文提出采用溶劑熱法低溫合成可見光響應鈦基光催化劑及其在介孔表面原位固定化的新路線設計，通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、X射線粉術(shù)衍射儀(XRD)和紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis)等表征方法系統(tǒng)分析了催化劑的結(jié)構(gòu)并有效建立了其與光催化性能之間的

2、構(gòu)效關(guān)系。論文研究不僅促進了可見光催化劑制備科學的發(fā)展，而且加深了光催化反應的基礎理論認識，為光催化技術(shù)走向應用奠定基礎。具體研究內(nèi)容和結(jié)果歸納如下： 1．創(chuàng)新性采用溶劑熱法在不同有機胺體系中一步合成氮摻雜二氧化鈦可見光催化劑。論文主要考察了乙二胺、三乙胺和二乙胺等不同有機胺介質(zhì)對合成氮摻雜二氧化鈦可見光材料的影響，研究結(jié)果表明：在高于140℃的晶化溫度下，上述三種介質(zhì)中均能合成出氮摻雜的二氧化鈦可見光材料，較好避免了以前文獻利

3、用高溫氨氣流處理合成氮摻雜二氧化鈦可見光引起轉(zhuǎn)晶和比表面積下降等缺點。胺介質(zhì)種類對二氧化鈦的晶相組成、氮取代量、顆粒大小和形貌等存在明顯影響，如：乙二胺體系中制備的二氧化鈦晶體對可見光的吸收明顯優(yōu)于三乙胺和二乙胺體系；乙二胺體系中制備的二氧化鈦為一維納米棒狀結(jié)構(gòu)。晶化時間、晶化溫度和投料比等因素調(diào)變可有效控制二氧化鈦的顆粒大小和晶相組成，進而影響材料的光催化性能。苯酚光催化氧化降解的探針實驗表明，二氧化鈦的氮摻雜量、晶相組成、比表面積、

4、顆粒大小和形貌等因素對催化劑活性影響較大，其中乙二胺體系中合成的氮摻雜二氧化鈦納米棒由于其獨特的一維形貌和銳鈦礦晶相等結(jié)構(gòu)屬性，因而顯示了最好的光催化氧化苯酚性能。 2．采用光控還原法合成了Ag/TiO<,2-x>N<,x>可見光催化劑，并研究了其光催化還原硝酸根性能。論文在系統(tǒng)研究負載銀形貌、銀含量和硝酸根光催化還原條件優(yōu)化等因素基礎上發(fā)現(xiàn)：3wt％Ag/TiO<,2-x>N<,x>催化劑具有最好的可見光催化還原硝酸根性能，硝

5、酸根轉(zhuǎn)化率和生成理想產(chǎn)物N2選擇性可分別高達98.4％和99.2％，明顯優(yōu)于相同反應條件下采用高溫氨氣流處理合成的Ag/TiO<,2-x>N<,x>催化劑，為目前文獻報道的最好結(jié)果。 3.以乙二胺為介質(zhì)首次嘗試采用溶劑熱法制備S、N共摻雜的TiO<,2>納米棒(S，N-TiO<,2>)，并考察了其可見光條件下光催化氧化苯酚活性。發(fā)現(xiàn)硫氮共摻雜的TiO<,2>對可見光的吸收優(yōu)于氮摻雜的TiO<,2>，硫氮共摻雜TiO<,2>中，硫

6、元素和氮元素含量存在最佳值。S含量為0.22 wt％，N含量為1.15 wt％時，苯酚的光催化降解性能最好，其降解率為95.2％，TOC轉(zhuǎn)化率為91.0％。 4.首次在乙二胺介質(zhì)中通過溶劑熱后處理同時實現(xiàn)了二氧化鈦部分氮取代和在SBA-15表面原位負載。X射線衍射，N<,2>吸附，掃描電鏡，高倍透射電鏡/能量色散譜儀，傅里葉變換紅外光譜，紫外.可見吸收光譜和X射線光電子能譜等表征結(jié)果表明：TiO<,2>中的氧原子不僅被氮原子部分

7、取代有較好的可見光響應，而且TiO<,2>均勻分散在全硅SBA-15表面，較好實現(xiàn)了原位負載。本處理方法的成功主要歸因為乙二胺的雙功能作用：1)將氮原子引入TiO<,2>的晶格中；2)刻蝕和活化SBA-15的表面，為二氧化鈦晶核生長提供可能。在可見光和紫外光照下的光催化氧化苯酚探針反應中發(fā)現(xiàn)，合成的TiO<,2-x>N<,x>/SBA-15整體催化劑具有較好的光催化活性，苯酚的轉(zhuǎn)化率隨TiO<,2>的擔載量的增加而增大，在可見光下TOC