探析二氧化钛晶须的光催化性能评价和应用探索

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1、南京工业大学硕士学位论文二氧化钛晶须的光催化性能评价和应用探索姓名：张妍申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：陆小华；杨祝红；冯新200806摘要二氧化钛是一种性能优异的光催化材料，可将空气或水中的有害有机物降解除去，在环境治理方面有诱人的应用前景。本课题组制备了一种具有微米形貌、纳米结构的介孔二氧化钛晶须。这种二氧化钛晶须不仅在有机物的光催化降解中具有很高的活性，而且因其颗粒较大容易分离，在很大程度上克服了液相光催化中活性和分离的矛盾。这种颇具实用潜力的材料在应用、推广和规模化生产中急需针对其特性建立一套合理的性能评价体系，从而有助于产品的质量稳定和性能提

2、高。目前二氧化钛的光催化性能评价体系主要是甲基橙、苯酚等有机物的光催化降解体系。但是这些光催化反应中存在着吸附和产物复杂等多种因素的影响，无法有效的反映出材料本身的光催化特性。本文从二氧化钛的光催化机理研究出发，发现了二氧化钛晶须的光催化特性，有针对性地设计了其性能评价体系，并在二氧化钛晶须特性的基础上拓展了其在两个方面的应用潜力。具体研究内容归纳如下：1．利用十八烷基三氯硅烷(O比ldecyltricIllorosilane，OTS)在二氧化钛表面制备一层自组装单分子膜(Self-AssembledMonolayers，SAMs)。通过OTS碳链降解方式的判断

3、来表征光催化降解过程中的主要活性组分(空穴和羟基自由基)的特点，从而获得了二氧化钛晶须的光催化特性：空穴为光催化氧化中的主要活性物质。在此基础上利用空穴捕获剂碘离子的氧化实验进一步证明了这一结论。此外，还利用OTS．SAMs的降解实验讨论了二氧化钛晶须的结晶度和光催化性能之间的关系：二氧化钛晶须结晶度越高，光催化性能越好。2．针对空穴为二氧化钛晶须光催化氧化中的主要活性物质这一特性，选取空穴捕获剂碘离子作为其性能检测探针。碘离子氧化实验作为二氧化钛晶须光催性能评价体系的合理性和优势主要体现在：碘离子氧化实验直接面向二氧化钛晶须的光催化特性；实验过程简单；产物稳定

4、，检测方便。利用碘离子氧化实验对孔结构较贫乏和孔结构较丰富的两类晶须做了简单的性能评价和讨论。从这两类晶须的实验中都能得到相同的结论：二氧化钛晶须摘要的结晶度对光催化性能的影响大于比表面积的影响。相对而言，孔结构较贫乏的晶须的结晶度对性能的影响更加明显。同时利用碘离子在不同气氛中的氧化实验研究了气氛对二氧化钛晶须性能的影响，结果表明，随着反应体系中氧气量的增加，结晶度对晶须的性能影响越大，而比表面积对其性能的影响越小。‘3．根据二氧化钛晶须的特性讨论了它在两个方面的应用探索。形貌特性：颗粒较大，不容易黏附在样品表面，可以用于对表面清洁度要求较高的方面，比如光催化

5、降解自组装单分子膜制备纳米非均一表面。通过对初始样品、降解时间和辐射光强等因素的调节就可以可控地制备出不同构型的纳米非均一表面。性能特性：空穴产率比较高，对氧气的依赖性较小，使其可以用到氧气不足的光催化降解环境中。P25在无氧环境中的光催化效率仅为氧气环境中的32％，而二氧化钛晶须在无氧环境中的光催化效率则为氧气环境中的47％，所以在缺氧的恶劣降解环境中，二氧化钛晶须比P25更适用。关键词=二氧化钛晶须空穴自组装单分子膜碘离子性能评价ⅡABSTRACTTitaIliaisakindofexcellemmatIerial内rphotocatalysis．nc觚de

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