Bi、N共掺杂TiO2的制备及性能的研究

论文摘要

本文以硝酸铋为铋源,采用溶剂热法制备了铋掺杂Ti02催化剂（BT）,研究了合成温度、掺杂量和煅烧温度对催化剂结构和性能的影响,并利用X射线衍射技术、紫外-可见光漫反射、场发射扫描以及X射线光电子能谱等对样品进行了表征,以亚甲蓝为目标物,考察了催化剂的光催化活性。结果表明：当Bi与Ti摩尔比在0.02以下时,催化剂中主要是锐钛矿型的Ti02,随着Bi加入量的增加,BT样品中出现钛酸铋化合物,形成Ti-O-Bi键,出现了规则的圆球形结构。Bi与Ti摩尔比为0.1,合成温度为383K,煅烧温度为773K时,粒径最小为2.9nm,在250W金卤灯模拟太阳光照射下3h降解20mg/L亚甲蓝的效果达到62%。以尿素为氮源,采用溶剂热法制备了氮掺杂Ti02催化剂（NT）,研究了H20加入量对催化剂结构和性能的影响。结果表明：不同H20加入量的NT样品的晶型结构和禁带宽度变化不大,通过溶剂热法制备NT样品,催化剂的表面形貌的变化很大,形成了长条形结构,加H20量为1.0mL的NT样品在250W金卤灯模拟太阳光照射下3h降解20mg/L亚甲蓝的效果达到56.6%。以硝酸铋为铋源,尿素为氮源,采用溶剂热法制备了铋、氮共掺杂Ti02催化剂（BNT）,研究了氮掺杂量对催化结构和性能的影响,并利用X射线衍射技术、紫外-可见光漫反射、场发射扫描以及X射线光电子能谱等对样品进行了表征,并与铋、氮单掺杂的Ti02催化剂进行比较,结果如下：与BT样品相比,N的加入使BNT样品的结晶度变好,样品的禁带宽度降低,与NT样品相比,金属Bi掺杂后,N原子的含量从0.55%上升到0.66%。N与Ti摩尔比为0.3时,在250W金卤灯模拟太阳光照射下3h,亚甲蓝的去除效率为93.86%。将所制备的BNT催化剂经浸渍-提拉-煅烧负载在碳棒上,制备成BNT膜电极,研究了该催化剂的光电催化性能。结果表明：单层负载时,催化剂在电极表面呈孔状结构,经过3次负载,催化剂与电极表面的碳结合,出现了斑块状结构。随着膜层数的增加,光电流变大。当外加电压为3V,在250W金卤灯模拟太阳光照射下2h,亚甲蓝去除率达到92.54%。BNT电极可以重复使用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 2光催化研究背景及进展'>1.1 TiO₂光催化研究背景及进展
• 1.2 光催化机理研究
• 1.3 光催化活性的影响因素
• 1.3.1 催化剂自身的影响
• 1.3.2 环境因素的影响
• 2光催化性能的改性'>1.4 TiO₂光催化性能的改性
• 1.4.1 贵金属沉积
• 1.4.2 表面光敏化
• 1.4.3 半导体复合
• 1.4.4 离子掺杂
• 2的共掺杂改性'>1.5 TiO₂的共掺杂改性
• 1.5.1 金属离子共掺杂
• 1.5.2 非金属离子共掺杂
• 1.5.3 金属离子与非金属离子共掺杂
• 1.6 光电催化技术
• 1.6.1 概述
• 1.6.2 光电催化原理
• 1.6.3 影响光电催化的因素
• 1.7 本课题的研究思路与研究内容
• 第2章 Bi掺杂催化剂的制备及性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器及药品
• 2.2.2 催化剂的制备
• 2.2.3 光催化剂的表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 XRD分析
• 2.3.2 UV-Vis分析
• 2.3.3 FE-SEM分析
• 2.3.4 XPS分析
• 2.3.5 催化剂的光催化活性
• 2.4 本章小结
• 第3章 N掺杂催化剂性能的制备及性能的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器及药品
• 3.2.2 催化剂的制备
• 3.2.3 光催化剂的表征
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 XRD分析
• 3.3.2 UV-Vis分析
• 3.3.3 FE-SEM分析
• 3.3.4 TEM分析
• 3.3.5 XPS分析
• 3.3.6 催化剂的光催化活性
• 3.4 本章小结
• 第4章 Bi-N共掺杂催化剂的制备及性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器及药品
• 4.2.2 催化剂的制备
• 4.2.3 光催化剂的表征
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 XRD分析
• 4.3.2 UV-Vis分析
• 4.3.3 FE-SEM分析
• 4.3.4 TEM分析
• 4.3.5 XPS分析
• 4.3.6 催化剂的光催化活性
• 4.4 本章小结
• 第5章 Bi-N掺杂催化剂光电性能的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验仪器及药品
• 5.2.2 催化剂的制备
• 5.2.3 光催化剂的表征
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 SEM分析
• 5.3.2 循环伏安电流分析
• 5.3.3 催化剂的光催化活性
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 存在问题和建议
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢