纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理毕业设计.doc

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1、纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理毕业设计目录摘要iAbstractii1.文献综述11.1纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理11.1.1纳米TiO2光催化材料简介11.1.2TiO2光催化的基本原理11.2提高光催化性能的改性方法及原理31.2.1过渡金属元素掺杂31.2.2稀土元素掺杂41.2.3非金属元素掺杂41.3掺杂TiO2制备方法51.3.1共沉淀法51.3.2浸渍法61.3.3W/O型微乳液法61.3.4固相反应法61.3.5溶胶凝胶法溶胶一凝胶法71.4金属离子掺杂改性TiO2的原理及影响因素71.4.1金属离子掺杂TiO2的光催化机理81.4

2、.2金属离子掺杂改性TiO2光催化性能的影响因素91.5TiO2光催化技术在环境净化方面的应用111.5.1水环境有机污染物的去除111.5.2空气净化111.5.3高效杀菌121.6本课题研究的意义及内容121.6.1本课题研究的意义121.6.2本课题研究的内容132实验方法142.1设计及实验流程图142.2仪器与试剂152.2.1实验仪器152.2.2分析测量仪器152.2.3化学试剂和原材料152.2.4初始化学试剂的配制162.3凝胶的制备及条件的选择162.3.1TiO2凝胶的制备162.3.2M/TiO2凝胶的制备182.4粉末的制备182.5粉末的光

3、催化降解实验方法182.6粉末的表征193.实验结果及讨论203.1焙烧温度的影响及优选203.2不同金属掺杂的影响及优选203.3掺杂量的影响及优选213.4不同反应pH的影响及优选223.5表征数据的处理及分析223.5.1223.5.2223.5.3224结论235谢辞256参考文献267.附录271.文献综述1.1纳米TiO2光催化材料简介及光催化机理1.1.1纳米TiO2光催化材料简介自从1972年日本Fujisima和Honda报道了TiO2电极上电解水现象后，半导体光催化引起了国际化学、物理学和材料学等领域科学家的广泛关注。纳米半导体TiO2光催化技术具

4、有低能耗、易操作、无二次污染等特点，且有望利用太阳能在有机合成，光解水，环境治理等领域得以应用，显示了广阔的应用前景。纳米TiO2是近年来发展起来的一种新型高性能材料，具有比表面积大、光吸收性好、热导性好等独特的性能。近年来，国内外学者对纳米TiO2在太阳能转换和储存、污水处理、气体传感器、光催化化学合成等方面的应用进行了大量的研究。1977年，Frank和Bard用TiO2作为光催化剂氧化CN-为OCN，开创了光催化剂用于污水处理的先河。此后，人们对TiO2的非均相光催化反应进行了大量的研究，在探讨Ti02光催化反应机理，研究提高Ti02光催化反应效率的途径和开

5、发TiO2在环境污染治理、水处理、空气净化和能源等方面应用的文献和专著大量涌现。1.1.2TiO2光催化的基本原理目前广泛研究的半导体光催化剂大多数都属于宽禁带的n型半导体化合物，如CdS、SnO2、TiO2、ZnO、ZnS、PbS、MoO3、SrTiO3、V2O5、WO3和MoSi2等。这些半导体中TiO2、CdS的催化活性最高，但是CdS、ZnS在光照时不稳定，因为光阳极腐蚀而产生Cd2+、Zn2+，这些离子对生物有毒性，对环境有害。TiO2光催化材料是当前最有应用潜力的一种光催化剂。它的优点是:光照后不发生光腐蚀，耐酸碱性好，化学性质稳定，对生物无毒性;来源丰富

6、，世界年消费量为350万吨;能隙较大，产生光生电子和空穴的电势电位高，有很强的氧化性和还原性;另外，TiO2为白色粉末，根据需要，可制成白色或无色块体和薄膜。所以半导体光催化研究主要集中在TiO2。TiO2作为耐久的光催化剂已经被应用于环保领域。文献表明，TiO2~27~的催化活性被应用于对细菌和气味的光解处理，另外，还可以使癌细胞失活，对臭味进行控制，对于氮的固化和对于油污染清除都是十分有效的。半导体具有特殊的电子结构，由一个满的价带(简写为VB)和一个空的导带(简写为CB)构成半导体能带结构。价带中最高能级与导带中的最低能级之间的能量差叫禁带宽度(简写为Eg)。当

7、半导体被小于或等于其禁带激发波长λg的光照射时，半导体价带上的电子（e-）被激发跃迁至导带，从而在价带上留下空穴(h+)。半导体的光吸收阈值λg与带隙能Eg有关，其关系式为:λg(nm)=1240/Eg(eV)。锐钛矿型的TiO2带隙能为3.2eV，光催化所需入射光最大波长为387.5nm。半导体受激发产生的电子/空穴对(e-,h+)统称为载流子，载流子可以在体相或表面复合放出热能，也可以与半导体表面的物质发生氧化还原反应。具有一定还原能力的电子给体被价带上的空穴氧化，具有一定氧化能力的电子受体则被导带上的电子还原。作为光催化剂，半导体的这种能带位置