改性二氧化钛材料的制备及光催化性能研究

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1、PreparationandPhotocatalyticPerformanceofModifiedTitaniumDioxideADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByGuoYingSupervisor：Prof．JiangJuhuiMay，2014摘要IMIMIHHIY2550340Ti

2、02材料具有很多优良的性能，因而广泛地应用于光催化、仿生医学、染料敏化太阳能电池等众多领域。但是Ti02晶体的带隙较宽，对光子的利用率降低，因而对Ti02改性的研究成为人们关注的热点。目前研究报道，常见的改性方法有贵金属沉积、离子掺杂、复合半导体、染料光敏化等。而近几年，制备具有特殊结构的Ti02以及将Ti02与特殊结构的碳材料进行复合成为国内外研究的热点。这些特殊结构的存在赋予Ti02材料更多的优点，比如丰富的介孔，较大的比表面积，使其在仿生医学、光催化以及染料敏化太阳能电池中具有更广阔的应用前景。本文主要开展了以

3、下研究：(1)以钛酸四丁酯为钛源，以冰醋酸为溶剂，用溶剂热法合成了具有分级结构的Ti02微球。利用扫描电子显微镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱仪等对前驱体及产物的形貌、物相的组成进行了表征。研究了制备过程中反应物的添加量、反应时间、温度以及煅烧温度对产物光催化性能的影响。并以活性艳蓝KN．R为模拟污染物，考察了紫外光下该Ti02微球的光催化性能。结果表明，所制备的样品是由初级结构的纳米晶组成的结晶良好的锐钛矿型Ti02微球，粒径约为2-4l-tm，对活性艳蓝KN．R的光催化降解效果好，光照60min后降解效率可达97．

4、79％，是商用P25粉的1．41倍。(2)以钛酸四丁酯为钛源，无需加入结构诱导剂和模板剂，利用前驱体中的Ti4+在H202中水解产生Ti(02)2+，Ti(02)2+进一步水解产生的02起到软模板的作用，用简单的溶剂热法合成了具有核．壳结构的Ti02微球催化剂。并对其进行了XRD、SEM、Uv-visDRS等表征，探究了制备过程中各影响因素的影响。以亚甲基蓝为模拟污染物，评估所制备TiO：微球的光催化性能。结果表明，所制备的样品是具有核．壳结构的结晶良好的锐钛矿型Ti02微球，粒径约为2．3lam，相同条件下光催化降

5、解亚甲基蓝的速率是商用P25粉的2．18倍。(3)首先，用溶剂热法合成普通Ti02纳米粒子。以甲醇做溶剂，采用物理搅拌的方法将Ti02和具有类石墨结构的C3N4复合制备了一系列不同质量比的C3N4／Ti02复合材料。采用XRD、SEM、UV-visDRS等手段对反应产物进行了表征，探究了C3N4和Ti02复合时的最佳质量比，并以橙黄Ⅳ为模拟污染物考察了其光催化性能。结果表明，与纯Ti02相比，C3N4／Ti02复合材料的光催化性能均有所提高，当C3N4和Ti02的质量比为5％时，其光催化性能最好。通过实验结果可知，本

6、文所制备的Ti02均具有优异的光催化性能，这对于以后合成肿12E厶匕I化优良的光催化材料提供了参考。并且制备工艺简单易行，成本低廉使得此类材料很可能实现工业化生产。关键词：Ti02，分级结构，核．壳结构，复合材料，光催化IIABSTRACTTi02materialshavemanyexcellentproperties，whicharewidelyusedinthephotocatalysis，bionicofmedicine，dye-sensitizedsolarcellsandmanyotherfields．Ho

7、wever，thewidebandgapofZi02reducesitsutilizationofphotons．Therefore，theresearchonTi02nanomaterialmodificationhasattractedmuchattention．Intherecentreferences，therearemanymethodsformodifyingTi02，suchaspreciousmetaldeposition,iondoping，compoundsemiconductorsandphot

8、osensitizingdyes．Inrecentyears，thesynthesisesofTi02nanocrystallinewithspecialstructuresandspecialcarbonmaterialcompositestructureshavebecomeahotresearchathomeandabroad．Dueto