等离子喷涂法制备金属离子掺杂二氧化钛纳米粉末的性能研究

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1、摘要论文题目：学科专业：研究生：指导教师：等离子喷涂法制备金属离子掺杂二氧化钛纳米粉末的性能研究材料学杨士川冯拉俊教授雷阿利副教授签名：扫捌签名：丕蒸丛L签名：盈曼鱼针对纯Ti02的电子和空穴容易发生复合、光催化效率较低、带隙较宽只能在紫外区显示光化学活性的缺陷，本文提出了采用等离子喷涂法制备金属离子掺杂Ti02纳米粉末的方法，并通过TEM、XRD、FT-IR、Lrv．Ⅵs和XPS等方法对制备的掺杂TiO：纳米粉末进行表征，分析掺杂金属离子对Ti02形貌、尺寸及物化性能的影响，通过光催化试验研究了金属离子掺杂对Ti02光催化特性的影响，分析其影响机理及其反

2、应动力学规律。试验结果表明：等离子喷涂法制备的Ti02粉末基本呈球形或近球形，粒径分御范围为10～50nm，在金属离子掺杂量较低时以锐钛矿相为主，掺杂量较高时以金红石相为主。随着Fe3+掺杂含量的增加，锐钛矿相含量呈先增大后减小的趋势，Bi3．的掺杂则促进了锐钛矿相向金红石相的转变。少量的Fe3十掺杂会阻碍n02晶粒的生长，增大掺杂量则促进晶粒长大；Bi3+掺杂则促进锐钛矿及金红石相的粒径增长。Ti02粉末的红外吸收光谱中400～1000cml区间的宽吸收带对应于Ti02的Ti—O键伸缩振动和变角振动，随着Fe3+和Bi”掺杂含量的增大，该吸收带明显窄化：

3、随着金属离子掺杂含量的增大，Ti02的光吸收带边出现了明显的红移现象，且随着掺杂含量的增加，红移量明显增强。Fe”掺杂Ti02纳米粉末中，Fe元素仍为+3价，而Ti元素均为+4价。随着Fe”掺杂含量的增大，XPS高分辨谱Ols区中表面羟基所占比例逐渐增大，而吸附水所占比例逐渐减小。Fe”和B，两种金属离子均能明显提高Ti02的光催化活性，随着金属离子掺杂含量的增大，Ti02的光催化活性均呈先增大后减小的趋势，Fe”最佳掺杂含量为O．5％，甲摹橙降解率在60min可达81％，为纯骶02粉末情况下降解率的1．8倍；Bi3十的最佳掺杂含量为O．1％，甲基橙降解率

4、在60rain可达92％，为纯Ti02粉末情况下降解率的2．0倍。随着热处理温度的升高，锐钛矿相含量先增大后减小，而Ti02光催化降解甲基橙速率逐渐减小。关键词；等离子喷涂；二氧化钛；离子掺杂；光催化AbstractTitle：RESEARCHONPROPERTIESOFTITANIUMDIOXIDENANOPOWDERSDOPEDWITHMEl-ALlONPREPAREDBYPLASMASPRAYMajor-MaterialsScienceName：ShichuanYANGSupervisor．Prof．LajunFENGSignature=＆妇物Sig

5、nature．垒纽竺AssociateProf．AliLEISignature：角Wf∥PureTi02hasmedisadvantagesthatphotogeneratedelectronsandholesrecombineeasily．photocatalysisefficiencyislow,itsbandgapiswide，andonlyCallshowphotochemicalactivityintheultravioletregion．Contraposingtothisphenomenon,themethodofsynthesizingme

6、taliondopedTi02nanopowdersbyplasmasprayhasbeenputforward．n忙powderswerecharacterizedbyTEM，XRD，Uv．Ⅵs，FTIRandXPS，andtheeffectofdopedionontheparticlepattern，grainsizeandotherphysicalandchemicalperformancewereanalyzed；theeffectofdopediononphotocatalyticperformancewasresearchedbyphotoca

7、talytictest，andtheeffectmechanicsandreactiondynamicsofphotocatalysiswereanalyzed．Theresultsindicatethatthepowderspreparedbyplasmasprayappeareglobularshapeorapproximateglobularshape，andthattheparticlesizeisbetween10and50nln．Thepowdersaremainlyofanatasewhentheiondopingcontentislow,a

8、ndaremainlyofrufflewhentheiondopi