TiO-,2-表面改性及其光催化活性研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)在抗菌、凈水、大氣凈化、防臭以及水污染處理等領(lǐng)域有應(yīng)用或潛在應(yīng)用價值。TiO<,2>俗稱鈦白粉，作為一種光催化劑，受到了廣泛的研究。 由于TiO<,2>的光響應(yīng)區(qū)間在紫外光波段，對于太陽能的利用很有限，提高TiO<,2>的對可見光的響應(yīng)是科學(xué)工作者的一個重要工作內(nèi)容。 本論文從改變TiO<,2>表面狀態(tài)出發(fā)，以期改進TiO<,2>對可見光的響應(yīng)能力，并研究這類改變對于TiO<,2>光催化活性的影響。采用液

2、相沉淀法，以TiCl<,4>作為前驅(qū)物，1：1 NH<,3>·H<,2>O作為沉淀劑制備TiO<,2>粉體，沉淀經(jīng)過500℃1小時或2小時晶化，TiO<,2>晶體結(jié)構(gòu)為銳鈦礦相。 將制備的TiO<,2>粉體與不同量的升華硫在真空密閉的環(huán)境中500℃煅燒2小時。對硫化處理的樣品進行的XPS表面分析顯示表面硫元素的化合態(tài)比較復(fù)雜，有S<'4+>和S<'6+>，我們對它們的來源進行了分析，XRD結(jié)果顯示，在真空的環(huán)境下，銳鈦礦發(fā)生了向

3、金紅石相轉(zhuǎn)變的情況，硫的存在能夠抑制這種相變，我們在文中進行了較為細致的討論。還進行了紅外光譜分析，光催化效率測試， UV-Vis紫外可見漫反射分析以及UV-Vis紫外可見吸收分析。在降解亞甲基藍時，在我們的實驗條件下，經(jīng)過3％硫處理的TiO<,2>(第四章)'降解30分鐘，降解率達到97％，而未經(jīng)硫化處理的TiO<,2>在75分鐘時，降解率才為91％，催化效率明顯提高。UV-Vis檢測的結(jié)果也顯示硫化處理的樣品在可見光區(qū)域比純TiO<

4、,2>有更強的光吸收。 第三章中，將TiO<'2>粉體在濕甲烷(CH<,4>+H<,2>O)氣流中500℃分別煅燒1，2，3，4，和5個小時，對濕甲烷處理后的樣品作了XPS表面分析結(jié)果顯示，表面的碳的化合態(tài)比較復(fù)雜，我們對其來源進行了探討。XRD物相分析結(jié)果表明：在濕甲烷氣流中500℃煅燒5小時后，TiO<,2>仍然保持了銳鈦礦相，晶粒有所長大。在氣相色譜對濕甲烷處理時的尾氣檢測時，發(fā)現(xiàn)含有微量的CO和H<,2>·在降解亞甲基藍

5、的實驗中催化效率也有明顯提升，經(jīng)濕甲烷5小時處理的樣品在30分鐘時，降解率達到91％，而未經(jīng)處理的TiO<,2>在75分鐘時，降解率91％。經(jīng)不同時間處理的光催化劑效率提升的幅度有所不同。也進行了UV-Vis漫反射和UV-Vis吸收光譜分析。 在第四章中，為了進一步研究表面改性的特點，我們做了以TiCl<,4>作為鈦源制備的TiO<,2>在NH<,3>氣流中500℃煅燒5小時的光催化改性實驗。還做了以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物制備的Ti

6、O<,2>在NH<,3>氣流中500℃煅燒5小時的對比實驗，同時還做了以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物制備的TiO<,2>在濕甲烷氣流中500℃煅燒3小時的對比實驗。結(jié)果表明，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物制備的TiO<,2>經(jīng)過NH<,3>或者濕甲烷處理后，光催化效果有所下降，特別是NH<,3>處理5小時后，降解亞甲基藍的速度明顯下降，降解時間長達3個小時以上(降解率88％)。在TiO<,2>(TiCl<,4>為鈦源)與磷一起在真空密閉的環(huán)境下煅燒，所得到

7、的催化劑對于亞甲基藍有著強烈的吸附作用，TiO<,2>(TiCl<,4>為鈦源)在NH<,3>氣流中煅燒5小時所得到的光催化劑也同樣具有這樣的現(xiàn)象，但是吸附?jīng)]有磷化處理的TiO<,2>強烈，我們對這一情況進行了討論。第四章中我們對不同條件(氣氛，時間，含量等)的處理的光催化劑的光催化效率進行了總匯，提出了對稱效應(yīng)對TiO<,2>的改性進行了推測性分析，簡述為推箱子理論。對固體表面的抗腐蝕能力進行了劃分，是作為實驗部分的補充。 本