二氧化钛及其石墨烯复合材料的合成和性能研究

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1、硕士学位论文二氧化钛及其石墨烯复合材料的合成和性能研究SYNTHESISANDPERFORMANCEOFTITANIUMDIOXIDEANDITSGRAPHENECOMPOSITES杨健林哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：O6学校代码：10213国际图书分类号：54密级：公开工学硕士学位论文二氧化钛及其石墨烯复合材料的合成和性能研究硕士研究生：杨健林导师：路晓艳副教授申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB383U.D.C:978Dissertationfor

2、theMasterDegreeinEngineeringSYNTHESISANDPERFORMANCEOFTITANIUMDIOXIDEANDITSGRAPHENECOMPOSITESCandidate：JianlinYangSupervisor：AssociateProfessor,XiaoyanLuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：EngineeringmechanicsAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：July,2015Degree

3、-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近几年来，随着对轻质新能源以及环境污染处理的需求，光催化材料受到了广泛的关注和研究。TiO2因其具有廉价、无毒、化学稳定性良好等特性被广泛的用作光催化剂，它不仅在降解污水中的有机污染物和空气净化等方面有重要的应用价值，而且它在光解水制氢方面也获得了深入的研究。然而，由于二氧化钛的禁带宽度较大（锐钛矿相的禁带宽度为3.2eV，而金红石相的禁带宽度为3.0eV），因而只能吸收波长小于380nm以下的紫外光，使光催化性能受到了极大的限制。另外

4、，当二氧化钛光催化剂吸收太阳光时，被紫外光所激发而生成的部分电子和空穴对在催化剂内部迅速复合，成为了限制光催化活性的另一个重要的因素。因而，合成较窄的禁带宽度而且还能够有效的抑制光生电子-空穴对的复合的TiO2催化剂仍然是一个极具挑战性的科研难题。目前广泛采用的方法如在TiO2中掺入贵金属粒子、金属氧化物、碳纳米材料，通过调节TiO2形貌使其暴露出高活性的晶面等，有效的提高了光催化活性。本论文通过有效的控制TiO2形貌使其暴露高能面和与石墨烯复合等方式来提高TiO2的光催化活性。具体研究内容如下：（1）通过调控反应时间、反应物的浓度、反应釜体压强、反应温度实验变量，研究

5、的实验条件的变化对TiO2的形貌的影响，进一步优化实验参数，合成理想的TiO2颗粒。（2）用水热法通过盐酸和氢氟酸的共同作用合成具有不同比例{001}和{100}晶面的二氧化钛，比较{001}和{100}晶面比例的不同对二氧化钛的光催化活性的影响，进一步确定{001}和{100}晶面的活性顺序。（3）用一步水热法和两步水热法合成了暴露高能面的二氧化钛和石墨烯复合材料，通过石墨烯导电网络增加电子迁移率，进而提高了复合结构的光催化性能。关键词：二氧化钛；光催化活性；高能面；氧化石墨烯；水热法-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractLightcatalysisha

6、sbeenofgreatinterestduetothepotentialapplicationsinnewenergysource,wastewaerandairpurification.TiO2ischeap,non-toxicandgoodchemicalstability,whicharewidelyacceptedasphotocatalystfordegradationoforganicpollutantsinwastewater,airpurification,photo-splittingwaterhydrogenproduction.However,d

7、uetolargetheforbiddenbandwidthoftitaniumdioxide(anatasephaseofforbiddenbandwidthis3.2eV,andrutilephaseoftheforbiddenbandwidthis3.0eV),itcanonlyabsorbultravioletlightwithwavelengthlessthan380nm,whichgreatlylimitesitsphotocatalyticperformance.Moreover,theexcitelectronicsand