ti+o+2-纳米铁改性与晶面优化及氧化-还原特性调控的研究

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1、天津大学博士学位论文TiO2/纳米铁改性与晶面优化及氧化-还原特性调控的研究0Nano-FemodificationandcrystalfacetsoptimizationofTiO2photocatalystsandtheregulationofredoxproperties一级学科：化学工程与技术学科专业：应用化学作者姓名：董业硕指导教师：费学宁教授天津大学化工学院二零一七年三月万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学

2、或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据万方数据摘要本论文针对扩展TiO2光谱响应范围和促进光生电子-空

3、穴的分离，改善其光催化活性的问题，从外部辅助协同改性和自身结构形貌（晶面）调控两个方面设计制备了三种TiO2基催化剂：TiO2/纳米铁光催化剂、锐钛型TiO2单晶、介孔-（001）面TiO2单晶。通过XRD、SEM、TEM、XPS、EDX、UV-visDRS和比表面积测定仪对他们的晶型结构、微观形貌和比表面积进行表征，并对氧化-还原特性的调控关系进行了研究。主要研究内容如下：1、采用液相还原法制备TiO2/纳米铁光催化剂，该复合催化剂具有水母状形貌和异质结结构。纳米铁和TiO2复合会产生协同作用，可促进光生电子-空穴的分离并扩展可见光响应范围；同时，补偿纳米铁粒子的消耗并阻止氧化膜

4、的形成。同时，探讨了该复合催化剂在光催化反应过程中的动态循环反应机理。10wt%纳米铁负载量的复合催化剂在有氧和酸性体系中具有最高的光催化活性，其对酸性红B的光催化降解活性是P25的1.3倍。2、采用溶剂热法制备锐钛型TiO2单晶，在合成反应中，通过氢氟酸对（001）面和（101）面的暴露比例进行调控。对TiO2晶体合成和生长过程进行跟踪研究表明，晶体表面羟基化和取代效应使得（001）面更易被腐蚀破坏；氢氟酸不仅可以加速单晶成核，增大晶体的尺寸；还可促进（001）面的生长。通过羟基自由基测定法和还原硝基法对30%和60%（001）面暴露比例的TiO2单晶催化活性评价表明，在晶面效应

5、和高活性（001）面作用下，TiO2单晶光催化活性是锐钛型TiO2纳米晶的4-5倍；且（001）面主导氧化反应，（101）面主导还原反应。3、采用无模板剂-两步溶剂热法制备锐钛型介孔（-001）面TiO2单晶，其（001）面为介孔结构，（100）面和（010）面被花型TiO2晶体覆盖。介孔（001）面结构和花型晶体形貌不仅促进了光生电子-空穴的分离并扩展了光谱响应范围，而且增大了晶体比表面积，为光催化反应提供了更多的活性位点；其对罗丹明B的光催化活性是锐钛型TiO2单晶的2倍。同时，基于制备工艺特点和晶面结构特性，对介孔-（001）面TiO2单晶的合成机理进行了分析研究。4、以锐钛

6、型TiO2单晶为催化剂，3,4-二氯硝基苯为目标底物。光催化反应体系中，溶剂的特性（空穴清除剂与水的比例）是调控氧化还原反应进程的关键因素之一。TiO2单晶对目标底物的作用关系会随着溶剂中水的比例的增大逐渐表现出氧化性，可将底物3,4-二氯硝基苯和产物3,4-二氯苯胺同时氧化降解。关键词：光催化，TiO2/纳米铁，锐钛型TiO2单晶，介孔-（001）面，氧化-还原特性I万方数据II万方数据ABSTRACTInordertoextendspectralresponserangeofTiO2andpromotetheseparationof0photogeneratedelectron

7、-hole,enhanceitsphotocatalyticactivity.TiO2/nano-Fephotocatalysts,anataseTiO2singlecrystalsandmesoporous-(001)facetsTiO2singlecrystalsweresynthesizedinthisworkthroughtwoaspectsofthemodificationoftheexternalauxiliarycoordinationandthecon