碳摻雜和有機分子改性Tio2納米顆粒的制備、表征及應用研究.pdf

1、近年來，在地表水、地下水，甚至飲用水中，經?？梢詸z測到有持久性有機污染物，這對人類健康和生存環(huán)境造成了嚴重的影響。因此，在過去的十幾年中，光降解持久性有機污染物已經得到了越來越多的關注。TiO2因其穩(wěn)定的物理化學性質，較高的效率，低廉的成本，逐漸成為最受歡迎的光催化劑。但是Ti02受到其自身禁帶寬度3.20eV的限制，只能吸收太陽光中約5%的紫外光的能量。人們對TiO2進行了各種方式的改性，例如金屬摻雜，非金屬摻雜，表面有機改性，增加吸

2、附能力等，雖然這些方法在一定程度上對TiO2起到了改性作用，但是有些方法操作復雜、成本昂貴，很難直接應用到工業(yè)生產制造中。
　　本論文在調研和分析前人研究工作的基礎上，首先采用溶膠法合成前驅物并進一步利用高純氮氣作為煅燒氛圍這一簡單、經濟的實驗方法，制備得到了禁帶寬度減小，顏色變化，具有可見光響應的碳摻雜的銳鈦礦相TiO2。其次，利用配體-金屬電荷轉移（LMCT)效應，我們也制備得到了苯甲醇與Ti02相結合形成表面絡合物的樣品以及

3、經過苯甲醇修飾的TiO2樣品。我們系統(tǒng)地研究了碳摻雜樣品和表面絡合物樣品的可見光響應性能，如光吸收性能、吸附性能、光催化活性等，并用碳摻雜樣品嘗試制備了全固態(tài)太陽能電池。本論文的主要研究內容和創(chuàng)新點歸納如下：
　　1、利用溶膠法，合成了超細的TiO2前驅物，并通過選用高純氮氣為煅燒氛圍，獲得了具有可見光吸收的黑色銳鈥礦相TiO2納米粒子，通過改變煅燒溫度，可獲得不同禁帶寬度的具有可見光響應的TiO2,如樣品N2-300℃，N2-4

4、00℃和N2-500℃禁帶寬度依次為2.69eV,2.40eV和1.99eV,當煅燒溫度高于500℃時，如N2-600℃，N2-700℃的禁帶寬度均小于1.6eV。X光電子譜和能譜的分析顯示此類樣品均含有碳元素，因此，再結合熱重分析結果，我們認為此類樣品呈現禁帶寬度減小和可見光響應是由于前驅物中含有的有機物在高純氮氣氛圍中，高溫燃燒不充分引起的碳摻雜所致，其中“碳源”主要來自于兩方面：一是，無水乙醇和鈦源相作用后產生的復雜有機物；二是，

5、苯甲醇分子與TiO2相結合形成的表面絡合物。在可見光照射下，此類黑色TiO2納米粒子可以激發(fā)產生光生電子和空穴，從而有效降解染料分子。此外，樣品摻雜的程度，取決于制備時所煅燒的溫度，并直接影響樣品的光催化性能。而在我們的實驗體系中，經過高純氮氣500℃煅燒的樣品，表現出了優(yōu)異的光催化性能。
　　2、在此基礎上，通過仿照鈣鈦礦太陽能電池結構，采用碳摻雜材料替代鈣鈦礦層，作為電池光敏層，并依據電池其他結構，嘗試搭建出一個全固態(tài)TiO2

6、太陽能電池的原型。目前，該種電池的光電轉換效率仍比較低，我們將嘗試其他方法，來進一步提升它的效率。
　　3、采用溶膠法制備獲得了納米尺度的苯甲醇分子與TiO2相結合形成表面絡合物的Complex Ti02樣品，并將其經過高純氮氣200℃煅燒后得到了142-200℃樣品，以及仿照Complex Ti02樣品制備過程得到了苯甲醇修飾的樣品BnOH-Modified Ti02,三個樣品在可見光波段均存在吸收，禁帶寬度依次為3.14eV,