學士學位論文：TiO2的形貌控制和光催化性能研究

目錄/提綱：……
1、催化劑的影響
2、光源的影響[12]
3、光照時間的影響[12]
4、催化劑用量的影響[12]
5、體系pH的影響[12]
6、有機物結構的影響
……

學士學位論文

題目：TiO2的形貌控制和光催化性能研究

院（系） 材料科學與工程學院
專 業(yè) 應用化學
屆 別 2012屆

摘要
本課題以四氟化鈦和鹽酸分別為前驅體和助劑，采用水熱法制備TiO2粉體催化劑，通過改變體系中四氟化鈦的量、鹽酸的濃度以及水熱溫度、反應時間來控制TiO2的形貌，從而提高其光催化活性。利用掃描電子顯微鏡（SEM）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、紫外—可見漫反射（UV-Vis DRS）、* 射線粉末衍射（*RD）、比表面積測試（BET）等分析檢測手段對催化劑的晶相組成、表面微結構和禁帶寬度進行表征。并以酸性紅染料為目標污染物，考察了不同制備條件下得到的催化劑在紫外光的照射下對酸性紅的光催化降解活性；探究TiO2結構和光催化性能之間的關系。
結果表明：當前驅體TiF4為0.297g，鹽酸濃度為0.01mol/L，水熱溫度160℃反應40h后得到的TiO2的光催化性能最好，對酸性紅的降解效率可達到39.6%。

關鍵詞：二氧化鈦 光催化 形貌 水熱法













Abstract
In the thesis, titanium dio*ide (TiO2) powder catalyst was prepared by the hydrothermal method using titanium fluoride
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第一章 前言 1
1.1 TiO2光催化背景及意義 1
1.2 TiO2光催化的基本原理 2
1.2.1 TiO2的晶體結構及能帶結構 2
1.2.2 光催化的基本原理 4
1.3 TiO2光催化效率影響因素及其改進手段 5
1.4 立體依據(jù)與研究方案 6
第二章 實驗部分 8
2.1 試劑與儀器 8
2.1.1 主要實驗試劑 8
2.1.2 主要實驗儀器 8
2.2 實驗部分 9
2.2.1 TiO2的制備 9
2.2.2 實驗條件的控制 9
2.2.3 測試與表征 10
2.2.4 光催化性能評價 10
第三章 結果與討論 13
3.1 催化劑的表征 13
3.1.1 晶相結構 13
3.1.2 形貌分析 17
3.1.3 光吸收性能 20
3.1.4 FTIR分析 21
3.1.5 N2吸附–脫附等溫線分析 24
3.2 催化劑性能評價 25
結論 28
參考文獻 29
致謝 31























第一章 前言
1.1 TiO2光催化背景及意義
隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人類生活水平和消費水平的提高，導致近幾十年來，工業(yè)廢氣、廢水、農業(yè)農藥和旅游、生活垃圾等污染物劇增，使得能源危機和環(huán)境污染日益嚴重。目前，以石油、天然氣和煤炭為代表的礦物能源仍然是世界能源消耗的主體。然而，這些礦物能源的儲量是有限的。因此，開發(fā)利用新型、環(huán)保的替代能源以及如何有效的控制與治理環(huán)境污染就成為人類社會面臨和亟待解決的重大課題[ ]-[ ]。
研究表明，光催化材料可有效利用太陽能，一方面光解水制備H2和O2，太陽能是取之不盡用之不竭的清潔能源，氫能被認為是二次能源中最為理想的無污染的二次能源，成為新能源的開發(fā)研究的熱點[ ]；另一方面，能將空氣和水中的大部分有機污染物在光的照射下降解為二氧化碳和水，具有成本低、高效、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點[ ]。而當前解決環(huán)境污染問題已經(jīng)是人類燃煤之急的重大課題，因此光催化技術作為一種具有廣闊應用前景的綠色環(huán)境治理技術得到了前所未有的關注[ ]。
為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略，空氣、水和土壤的凈化已成為人們必須十分重視的環(huán)境保護研究課題。目前，工業(yè)上普遍采用高溫焚燒、吸附、絮凝、氣吹、掩埋等物理或化學方法處理有毒污染物，這些方法具有設備簡單、操作簡便等優(yōu)點。但只是對有機、無機污染物的一種轉移、轉化、稀釋處理，沒從根本上把它們分解成無毒物質，有時還造成二次污染；而采用氧化和臭氧處理的方法，因為可能會對環(huán)境帶來其它副作用，具有風險性而被棄用。
1972年，F(xiàn)ujishima和Honda首次報道了用TiO2作光催化劑分解水制備氫氣和氧氣的現(xiàn)象[ ]。當時正值能源危機，利用太陽能制備氫氣來緩解能源危機有著現(xiàn)實意義，于是這一現(xiàn)象立即引起了學術界的廣泛關注。1976年，Carey等首次報道了在近紫外光的照射下TiO2懸浮液可使多氯聯(lián)苯脫氯去毒[ ]，從而使研究者對半導體光催化技術用于環(huán)境污染控制產(chǎn)生了濃厚的興趣并對其進行深入廣泛的研究，開辟并拓展了半導體光催化劑在環(huán)境保護方面的應用。
由于TiO2可以在常溫常壓下對水和空氣中的污染物進行降解，具有良好的化學穩(wěn)定性，氧化能力強，催化活性高，見效快，可重復使用，安全無毒且成本低等優(yōu)點，而且在太陽能儲存與利用、光化學轉換及有機污染物治理等方面有著廣闊的應用前景，因此成為研究最為深入的光催化劑之一[ ]。然而TiO2是一種禁帶寬度大（Eg=3.2eV）的半導體材料，只有波長較短的太陽光能（λ< 387 nm）才能被吸收，而這部分紫外線（320 nm～400 nm）只占到達地面上的太陽光能的不足5%，太陽能的利用率很低，極大地限制了其實際應用。為了改進TiO2的性能和拓寬應用范圍，制備高性能的TiO2 一直是研究熱點。
納米TiO2是一種重要的無機功能材料，由于其具有良好的耐候性和耐腐蝕性，比表面積大，表面活性高，抗紫外線能力強，良好的光吸收性等優(yōu)點而廣泛應用于涂料、感光材料、環(huán)境工程材料、塑料、食品包裝、化妝品、光催化劑等領域。由于各種應用都與TiO2的結構和形貌有直接關系，因此，控制納米TiO2的結構和形貌成為國內外的研究熱點之一。多年來，國內外學者對納米TiO2材料的制備以及各種性質作了大量的研究，并取得了很多成果。
早期汪國忠等[ ]將加有H2SO4的TiCl4膠體溶液置入高壓釜中，控制不同反應溫度加熱一定時間，得到納米量級的銳鈦礦型TiO2。王曉靜等[ ]以異構十三醇聚氧乙烯醚系列非離子表面活性劑為輔助劑，采用溶膠-凝膠法制備了比表面積、孔徑分布窄的銳鈦礦型TiO2多孔微球，其粒徑為0.7-1.0um，比表面積為70.5m2/g，晶粒尺寸為12nm，這種多孔TiO2微球具有較高的催化活性。Jian Zhu 等[ ]水熱醇解TiF4，用叔丁醇作為醇的來源，制得了比表面積為103m2g-1，晶粒尺寸為23nm的TiO2，同時可以通過改變醇來控制（001）晶面的百分數(shù)和顆粒大小。
1.2 TiO2光催化的基本原理
1.2.1 TiO2的晶體結構及能帶結構
TiO2存在三種晶型結構，即 ……（未完，全文共15983字，當前僅顯示2874字，請閱讀下面提示信息。收藏《學士學位論文：TiO2的形貌控制和光催化性能研究》）