11材料罗嘉琪20111104440

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1、内蒙古师范大学2012-2013学年论文论文题目:掺杂金属对二氧化钛光催化性能的影响院系化学与环境科学学院专业材料化学授课语种汉语学生姓名罗嘉琪学号20111104440指导教师姓名德格吉呼2013年8月29日学年小论文目录摘要1关键词11.纳米二氧化钛及其性质12.光催化特性13.金属掺杂纳米二氧化钛的光催化机理24.金属掺杂纳米二氧化钛的制备方法24.1沉淀法24.2溶胶-凝胶法24.3水热法24.4微乳液法24.5浸渍法25.纳米TiO2的应用现状及前景35.1含油废水35.2印染废水35.3造纸废水35.4农药废水3参考文献：4掺杂金属对二氧化钛光催化性能的影响内蒙古师范大学化学与环

2、境科学学院11级材料化学班罗嘉琪20111104440指导老师：德格吉呼职称：副教授摘要：环境污染是当前人类面临的一个严重问题，其所带来的危害越来越严重，其中水污染最为严重。光催化氧化技术相对于传统的生物、化学、物理等水处理工艺来说具有较大的优势，其氧化性强、能量消耗低、无二次污染，是一种发展前景极好的水处理方法。纳米二氧化钛因具有稳定的化学性质，成本低，无毒，难溶和较高的催化效率等特点而成为一种较为理想的光催化剂。由于其禁带较宽，光量子效率低，在实际应用方面受到一定的限制，通过金属离子掺杂一方面可以改变二氧化钛的禁带宽度；另一方面金属离子掺入可以在二氧化钛中引入缺陷或者改变其结晶度，从而抑

3、制光生电子-空穴对的复合，延长载流子的寿命。因此通过金属掺杂可以显著提高二氧化钛的光催化性能。关键词：纳米，共掺杂，光催化，动力学1.纳米二氧化钛及其性质二氧化钛俗称钛白粉，为白色固体或粉末状的两性氧化物，溶于氟酸和热浓硫酸，不溶于水、盐酸、硝酸和稀硫酸。纳米二氧化钛还具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，二氧化钛是宽禁带半导体，有板钛矿、锐钛矿和金红石三种形态，后两种为常见形态，禁带宽度为3.2eV。纳米微粒具有较大的比表面积，表面能、表面原子数和表面张力随纳米粒子的粒径的减小而急剧增加，从而具有表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应，纳米二氧化钛中连续

4、的电子能级发生分离，禁带宽度变大，吸收发生蓝移【1】。2.光催化特性纳米材料的粒径介于微观物质和宏观物质之间，从而使其具有与微观物质和宏观物质不同的化学与物理性能，其中最具特点且优异的性能便是光催化氧化性能。纳米半导体材料在光的照射下可以产生电子跃迁使光能转换成电能，再通过一系列反应最终转换为化学能，在这一系列的能量转化过程中，半导体上所吸附的有机物便被分解成水、二氧化钛等无毒无害的小分子。而纳米材料所具有的表面效应、小尺寸效应和量子尺寸效应对其光催化性能都起到了提高和促进的作用：表面效应增强了对有机物的吸附能力，量子效应使电子-空穴的氧化还原能力显著增加，小尺寸效应缩短了载流子迁移的时间，

5、提高了电子-空穴的分离效率，降低其复合率。同其它纳米半导体材料相比，纳米二氧化钛半导体光催化材料具有较高的氧化电位、高的化学稳定性、无毒性、热稳定性、非迁移性、超亲水性等特点，使其成为纳米半导体光催化材料中的杰出代表。43.金属掺杂纳米二氧化钛的光催化机理纳米二氧化钛的光催化性能与其能带结构密不可分，半导体的能带是不连续的，通常是由未填充电子的导带和充满电子的价带构成，导带与价带之间的区域称为禁带。当照射的光子的能量大于半导体的禁带宽度时，电子便被激发从价带跃迁到导带，从而在导带与价带之间形成电子-空穴对，该电子-空穴对具有很高的活性，从而在半导体中形成较强的氧化-还原体系。半导体的禁带宽度

6、Eg与光吸收阈值λg的关系如下【2】：λg=1240/Eg(eV)(1-1)锐钛矿型二氧化钛禁带宽度为3.2eV，由式（1-1）可知，二氧化钛的光吸收阈值为387.5nm，当其受到小于这一波长的紫外光照射时，电子便会从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对，电子和空穴在电场作用下发生分离并迁移至二氧化钛粒子表面，与二氧化钛粒子表面上吸附的物质发生氧化还原反应。二氧化钛粒子表面上的非均相光催化反应历程较复杂，基本步骤包括光激发产生载流子以及电子-空穴，载流子的俘获，光生电子-空穴对的分离和复合，表面电荷转移等【3】，每一步都有其独特的动力学特征。4.金属掺杂纳米二氧化钛的制备方法4.1沉淀法化学沉淀

7、法是制备金属掺杂纳米TiO2的一种简便方法，这种方法是将含有Ti4+和掺杂离子无机盐溶液中加入沉淀剂，通过控制沉淀反应的微环境能够得到较均匀的沉淀物，将沉淀物过滤、洗涤、干燥后在一定条件下煅烧便可得到金属掺杂纳米TiO2粉体。4.2溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法一般是将钛醇盐经过水解缩聚形成溶胶，经陈化转变为凝胶，再经干燥和煅烧便得纳米TiO2粉体，在钛醇盐水解时加入掺杂金属盐便可制得金属掺杂纳米TiO2。4.3水