三种不同晶型二氧化钛的合成与光活性及氟离子修饰对板钛矿二氧化钛光活性的影响

论文摘要

众多研究表明,半导体TiO2光催化能使许多有机物发生降解或彻底分解。因此,该技术在环境污染控制领域将具有巨大的经济和社会效益。本论文研究内容的选择是基于以下事实:第一、在二氧化钛光催化方面,国内外学者研究最多的是锐钛矿和金红石型二氧化钛,而纯的板钛矿型二氧化钛因为难以制备所以对它的报道较少。一般认为锐钛矿型二氧化钛的光活性高于金红石型,但也有文献报道金红石的光活性大于锐钛矿。板钛矿在某些环境中的光活性,相当于或强于锐钛矿型二氧化钛,但也有相反的报道。造成这种文献结论相互矛盾的原因,是影响二氧化钛光活性因素的多样性导致的。二氧化钛的光活性除受到晶型的影响外,还受到二氧化钛的纯度、晶粒尺寸的大小,比表面积、表面羟基和溶液的pH值等因素的影响,且这些影响因素相互依存和干扰。以上这些原因,导致了文献在评价不同晶型二氧化钛光活性方面结论不完全一致,乃至相互矛盾。第二、从目前提高二氧化钛光活性方面的研究结果来看,表面氟离子修饰最让人激动。有文献报道,氟离子修饰能大幅度提高锐钛矿型二氧化钛的光催化活性,而对金红石型二氧化钛的光活性则没有促进作用。氟离子修饰对板钛矿型二氧化钛光活性的影响,还没有文献报道。对该课题的研究,将会进一步丰富二氧化钛光催化体系的理论。针对以上问题,我们做了以下工作:第一、（论文第二章）为尽可能避免除晶型外影响因素的干扰,本论文选用同一种方法（水热合成法）批量制备了三种不同晶型TiO2,并以难生物降解的活性染料X3B为目标分子,系统地比较了三种晶型TiO2的光催化活性。发现钛源和水热pH值都对TiO2的晶型都有重要的影响;三种晶型TiO2的相对光活性次序为:锐钛矿（AT）>>金红石（RT）>>板钛矿（BT）型TiO2。研究结论说明,催化对紫外光的吸收能力以及对有机污染物的表面吸附能力,是产生上述三种晶型二氧化钛光活性差异的原因之一。第二、（论文第三章）系统考察了氟离子表面修饰对在不同温度焙烧的板钛矿型二氧化钛光活性的影响。发现在板钛矿型TiO2的热处理过程中,其晶相转化过程为:板钛矿经历锐钛矿,最终转化为金红石型TiO2;氟离子表面修饰对板钛矿型TiO2光活性无促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 半导体光催化概论
• 1.1.1 背景介绍
• 1.1.2 半导体光催化原理
• 1.1.3 面临的问题
• 2 光催化性能的主要因素'>1.1.4 影响TiO₂光催化性能的主要因素
• 2 光催化性能的改性技术'>1.1.5 提高TiO₂光催化性能的改性技术
• 1.2 二氧化钛的制备
• 1.2.1 二氧化钛制备方法的概述
• 2 的制备方法'>1.2.2 板钛矿型TiO₂的制备方法
• 2 表面的阴离子修饰'>1.3 TiO₂表面的阴离子修饰
• 2 表面钛存在状态的影响'>1.3.1 氟离子对TiO₂表面钛存在状态的影响
• 2 表面氟离子的修饰对光催化反应的影响'>1.3.2 TiO₂表面氟离子的修饰对光催化反应的影响
• 1.4 立题依据和研究方案
• 第二章 二氧化钛晶相的调控及光催化性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 催化剂的制备
• 2.2.3 催化剂的表征
• 2.2.4 光催化活性的测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 X 射线衍射（XRD）
• 2.3.2 扫描电镜（SEM）
• 2.3.3 透射电镜（TEM）
• 2.3.4 样品的表面分析和价态分析
• 2.3.5 固体漫反射（DRS）
• 2 表面的吸附'>2.3.6 X3B在TiO₂表面的吸附
• 2.3.7 样品的光催化活性分析
• 2.4 小结
• 第三章 氟离子表面修饰对板钛矿型二氧化钛光活性的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料和试剂
• 3.2.2 催化剂的制备
• 3.2.3 光催化实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 温度对板钛矿型二氧化钛的影响
• 3.3.2 氟离子对X3B在二氧化钛表面吸附的影响
• 3.3.3 光催化降解实验
• 3.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表情况