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新型光催化材料的制备与表征

熊建锋

  环境污染和能源短缺是当今社会面临的两大问题,如何有效的解决这两大问题是众多科学工作者努力工作的方向。在众多的氧化物半导体光催化材料中,TiO_2以其强氧化性、光诱导超亲水性、无毒性和长期稳定性在净化环境方面表现出重要的应用前景。然而,TiO_2光催化材料的光生电子-空穴对复合几率较高;另一方面,它的禁带宽度较大,因而TiO_2仅在紫外光的辐照下才能产生光催化作用,太阳光中紫外光的比例仅为3-4%,这严重阻碍了TiO_2光催化材料的推广应用。因此,为了制备高活性的光催化材料,本文开展了以下几个方面的研究工作。为了解决以往TiO_2粉末光催化剂难以应用的缺点,通过液相沉积法在石英玻璃基片上制备了高活性的Ag-TiO_2多相纳晶复合薄膜光催化剂。发现Ag~+离子的掺杂阻碍了锐钛矿晶粒的长大。同时,Ag~+离子的掺杂不仅促进了钣钛矿的形成,并且降低了锐钛矿向金红石相的转变温度。随着AgNO_3浓度的增大,Ag-TiO_2多相纳晶复合薄膜的透过率和禁带宽度减小;薄膜的表面等离子吸收峰强度增大,且吸收峰的位置红移。当AgNO_3浓度高于0.03M时,Ag-TiO_2复合薄膜由锐钛矿、金红石、钣钛矿、金属银颗粒组成,它们的晶粒尺寸范围在5-30nm。当AgNO_3浓度在0.03-0.05M时,薄膜的光催化活性为纯TiO_2薄膜的6.3倍,这是因为在Ag-TiO_2多相纳晶复合薄膜中存在多种混晶,例如:锐钛矿/金红石、锐钛矿/钣钛矿、银/锐钛矿、银/金红石等引起的。以硫酸钛Ti(SO_4)_2和尿素(CON_2H_4)为原料通过水热方法制备了高光活性锐钛矿相纳晶二氧化钛光催化剂。用X-ray衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和N_2吸附-脱附测量对二氧化钛光催化剂的结构进行了表征。通过空气中丙酮的光催化氧化对二氧化钛的光催化活性进行了表征。结果显示:通过水热方法不需要经过任何热处理就能制备结晶良好的锐钛矿相TiO_2粉末,在160℃水热反应3h或在180℃水热反应2h制备的二氧化钛光催化剂显示出高的光催化活性,其光催化活性超过Degussa P25的光催化活性3倍多。这可能是由于该方法所制备的二氧化钛光催化剂具有高的比表面积和小的晶粒尺寸引起的。以Bi(NO_3)_3和Na_2WO_4为原料通过水热方法在150℃下水热处理24小时合成了Bi_2WO_6粉末光催化剂,然后分别在300,400,500,600和700℃下热处理2小时。利用红外光谱(FTIR)、X-ray衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和N_2吸附-脱附测量对新制备的样品进行了表征。通过室温下可见光光催化降解甲醛对Bi_2WO_6粉末光催化剂的光催化活性进行了表征。结果表明:热处理温度对……   
[关键词]:TiO_2;Bi_2WO_6;;薄膜;粉末;多相;液相沉积;水热法;光催化活性;甲醛;丙酮
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:武汉理工大学2005年