石墨烯-N%2CS共掺杂二氧化钛复合材料的合成及光催化性能研究

《石墨烯-N%2CS共掺杂二氧化钛复合材料的合成及光催化性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０２０４１ＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ－二石墨烯ＮＳ共掺杂—＾氧化钛复合材料的合成及，光催化性能研究王夏云指导教师姓名：张超武教授学科名称：材料学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：石墨烯-N,S共掺杂二氧化钛复合材料的合成及

2、光催化性能研究学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕士生：王夏云导师：张超武教授2018年5月PreparationandPhotocatalyticPerformanceofGraphene/NitrogenandSulfurCodopedTiO2CompositePhotocatalystsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementf

3、ortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByWangXiayunThesisSupervisor:ProfessorZhangChaowuMay,2018石墨烯-N,S共掺杂二氧化钛复合材料的合成及光催化性能研究摘要采用二氧化钛作光催化材料，来解决光催化分解技术的瓶颈，已然成为一种热潮。针对二氧化钛只能在紫外短波区反应的特点，利用非金属元素掺杂改性的方法，来减小二氧化钛的禁带宽度，进而延伸其光吸收范围。同时，针对二氧化钛的光生载流子电子-空穴对复合速率较快，从而使得催化效

4、率降低这一问题，利用具有高电导率，高比表面积的石墨烯作为TiO2的附着物来提高光催化效率。本课题成功制备了S掺杂，N、S共掺杂以及石墨烯-S、N共掺杂的二氧化钛光催化材料。通过TG-DSC、XRD、XPS、FT-IR、Uv-vis等手段研究了样品一系列性能。本文利用掺杂催化剂降解甲基橙（MO）的效率作为指标，探讨了所得材料的光催化效果。所得结果如下:（1）以Na2S为硫源，采用超声共聚和水热法制备了硅胶固载/S掺杂二氧化钛TiO2-xSx（x=0.03、0.05、0.07）光催化材料，研究了S掺杂对TiO2光

5、催化性能的影响。结果表明:烧结温度为700℃，掺杂量为x=0.05制备的TiO2-xSx的光催化效率达95%。所有样品均为缺氧二氧化钛结构（Ti5O9和Ti7O13）且与硅胶连接紧密。S掺杂使得TiO2-xSx带隙减小到2.5-2.9eV，从而获得光催化红移，进一步使其光催化功效增加。（2）以HNO3为氮源，H2SO4为硫源。采用溶胶-凝胶以及水热蒸压技术制备硅胶固载/硫、氮共掺杂TiO2光催化材料（TiO2-xSx/2Nx/2,x=0.03,0.05,0.07），研究S、N共掺对二氧化钛光催化作用的影响。结

6、果表明:最佳氮和硫掺杂量为n(Ti):n(N,S)=1:0.05,样品最佳烧结温度为700℃，所有样品均为单一的锐钛矿结构且结晶度较高。在固定Ti-S、N摩尔比的情况下，调整N,S/TiO2在硅胶上的固载量，烧结温度和S、N共掺二氧化钛的固载量对样品光催化性能影响显著，随着烧结温度和N,S/TiO2固载量的增加，光催化性能先增强后减弱，TiO1.95S0.025N0.025的光催化率达96%。（3）以HNO3为氮源，以H2SO4为硫源，加入氧化石墨烯GO，采用溶胶-凝胶法和水热法制备石墨烯-N,S共掺杂二氧化

7、钛复合材料(GO-TiO2-xSx/2Nx/2,x=0.03,0.05,0.07)。结果如下：700℃下烧结得到的样品I具有良好的光催化性能，石墨烯/N,S共掺杂有效减少了二氧化钛晶粒的高温团聚，提高了样品的比表面积。非金属元素的掺杂减小了TiO2的禁带宽度，有助于提高材料的光生载流子的产生效率。石墨烯的加入能够快速传导光生载流子，有效抑制了电子-空穴的复合，增强了光催化效能。光催化降解结果表明，GO加入量1.5%，烧结温度700℃下制备的GO-TiO1.95S0.025N0.025的光催化效率达98%。关键

8、词:二氧化钛，氮硫共掺杂，硫掺杂，石墨烯，光催化IISynthesisandPhotocatalyticPerformanceofGraphene/NitrogenandSulfurCodopedTiO2CompositeMaterialsABSTRACTTiO2hasreceivedmuchattentionasthephotocatalyticmaterialstoenhancethephoto