钛酸铋系复合材料制备及可见光催化性能研究

论文摘要

本论文采用水热法制备了Bi4Ti3O12、Bi12TiO20、Bi2Ti2O7三种不同Ti/Bi比例的钛酸铋系列单相多晶材料,并选取了稀土金属离子中无毒的Gd3+对其进行掺杂的研究。通过粉末X射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）、扫描电子显微镜（SEM）和可见光光催化降解有机物的实验等测试手段对这些复合氧化物的合成、结构及光催化性能进行了较为系统的探讨和研究。采用水热法在不同的反应时间下合成了三种不同Ti/Bi比例的（Bi4Ti3O12、 Bi12TiO20、Bi2Ti2O7）钛酸铋粉体。不同反应时间下合成的Bi4Ti3O12、Bi12TiO20、 Bi2Ti2O7的粒径、晶相结构、光催化活性不同。水热合成法制备的Bi4Ti3O12、 Bi12TiO20、Bi2Ti2O7分别在反应时间为16h、12h、24h下有较高的可见光光催化活性,180℃水热温度下反应24h制备的Bi12TiO20光催化活性最高,在120min内对罗丹明B的降解率达到100%。稀土金属离子Gd3+掺杂的Bi4Ti3O12、Bi12TiO20、Bi2Ti2O7三种不同Ti/Bi比例的钛酸铋复合材料。在实验中,Gd3+掺杂量为0.5%的Bi4Ti3O12和Bi12TiO20复合材料的可见光（λ>400nm）催化活性明显提高。Gd3+能够进入到Bi4Ti3O12和Bi12TiO20晶格中,改变钛酸铋的能级结构,形成了新的掺杂能级。适量Gd3+的掺杂的复合材料的光催化性能优于纯Bi4Ti3O12、Bi2Ti2O7和Bi12TiO20粉体材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 光催化材料简介
• 1.1.1 光催化反应机理
• 1.1.2 光催化材料的特性
• 1.1.3 光催化材料的应用
• 1.2 新型光催化材料的研究进展
• 1.2.1 钙钛矿结构光催化剂
• 1.2.2 新型尖晶石型光催化剂
• 1.2.3 烧绿石结构氧化物
• 1.2.4 金属氮化物/氮氧化物及金属硫化物/硫氧化物光催化剂
• 1.3 提高半导体光催化剂活性的途径
• 1.3.1 半导体复合型光催化剂
• 1.3.2 离子修饰、加氧化剂及表面光敏化
• 1.3.3 电化学辅助光催化和表面螫合及衍生作用
• 1.4 钛酸铋系光催化材料的研究进展
• 1.4.1 钛酸铋系光催化材料的结构与性能
• 1.4.2 钛酸铋系化合物合成方法
• 1.5 本论文研究的意义和内容
• 第2章 钛酸铋复合材料的合成及光催化性能研究
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 主要实验试剂与仪器
• 2.1.2 钛酸铋粉体的制备、表征及光催化性能的研究
• 2.2 结果与讨论
• 4Ti₃O₁₂粉体的制备、表征及光催化性能的研究'>2.2.1 Bi₄Ti₃O₁₂粉体的制备、表征及光催化性能的研究
• 12TiO₂₀粉体的制备、表征及光催化性能的研究'>2.2.2 Bi₁₂TiO₂₀粉体的制备、表征及光催化性能的研究
• 2Ti₂O₇粉体的制备、表征及光催化性能的研究'>2.2.3 Bi₂Ti₂O₇粉体的制备、表征及光催化性能的研究
• 2.3 小结
• 第3章 钆掺杂钛酸铋复合材料的合成及可见光催化性能
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 实验主要试剂与仪器
• 3.1.2 Gd掺杂的钛酸铋粉体的制备、表征及光催化性能的研究
• 3.2 结果与讨论
• 4Ti₃O₁₂复合粉体'>3.2.1 水热法合成Gd掺杂Bi₄Ti₃O₁₂复合粉体
• 12TiO₂₀复合粉体'>3.2.2 水热法合成Gd掺杂Bi₁₂TiO₂₀复合粉体
• 2Ti₂O₇复合粉体'>3.2.3 水热法合成Gd掺杂Bi₂Ti₂O₇复合粉体
• 3.3 小结
• 第4章 结论
• 4.1 钛酸铋系粉体材料的结构与性能
• 4.2 钆掺杂钛酸铋系复合材料的结构与性能
• 参考文献
• 致谢