稀土掺杂纳米tio2薄膜可见光光催化活性的研究

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1、工学硕士学位论文稀土掺杂纳米TiO2薄膜可见光光催化活性的研究苏培博哈尔滨工业大学2006年6月+图书分类号：TQ134.11U.D.C.:661.882.22-14工学硕士学位论文哈尔滨工业大学研究生学位论文硕士研究生：苏培博导师：姜兆华教授申请学位：工学硕士学科、专业：化学工艺所在单位：应用化学系答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学+ClassifiedIndex:TQ134.11U.D.C.:661.882.22-14DissertationfortheDegreeofMasterinEngineeringTHEPHOT

2、OCATALYTICACTIVITYRESEARCHOFRE-DOPEDTiO2FILMSUNDERVISIBLELIGHTCandidate：SuPeiboSupervisor：Prof.JiangZhaohuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ChemistryTechnologyAffiliation：DepartmentofAppliedChemistryDateofDefence：June,2006Degree-Conferring-institution：

3、HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要TiO2光催化氧化技术因其具有能耗低、反应条件温和、操作简便、可减少二次污染等突出优点而日益受到重视。然而由于TiO2的带隙能较大（Eg=3.2eV），只有在紫外光照射下才能表现出光催化活性。而紫外光在太阳光中所占比例较小，使得光利用效率很低。此外，光生电子与空穴的复合几率也较高，以至于光量子产率较低。这些不利因素均使TiO2光催化氧化技术在水处理的实际应用中受到限制。本文针对这些问题，提出了通过稀土离3+3+3+子（La、Eu、Nd）掺杂改性TiO2光催

4、化剂的方法，以期使TiO2的光催化活性提高并使TiO2的吸收波长向可见光方向移动。本文采用溶胶凝胶法制备TiO2薄膜，并研究了各组分加入量、pH值、烧结工艺等因素对成胶成膜、TiO2薄膜的结构和光催化性能的影响。确定了溶胶凝胶方法制备TiO2薄膜的最佳工艺参数为：钛酸四丁酯、乙醇、水和硝酸的配比为1:3:0.1:0.05，最佳提拉层数为5层。研究了不同烧结温度下TiO2薄膜在可见光下对罗丹明B的光催化性能。结果表明，当烧结温度为500℃时，膜层中锐钛矿型TiO2含量较高，并且TiO2薄膜有一定的光催化性能。为了提高TiO2薄膜可见光下的光催化

5、性能，本实验向溶胶中分别加入不3+3+3+同稀土离子(La、Eu、Nd)，来研究其对TiO2薄膜光催化性能的影响。结果表明，加入适量的稀土离子可以提高TiO2薄膜的可见光光催化性能，3+3+3+3+Nd的加入提高程度最大，La次之，Eu最低。当Nd掺杂浓度为0.9mol%时，半小时对罗丹明B的光催化效率比未掺杂的TiO2薄膜提高了23.9%。利用SEM、AFM、XRD、XPS等手段对掺杂前后TiO2薄膜的结构进行了分析。结果表明，稀土离子进入到了TiO2膜层当中，稀土离子的掺入使晶粒细化，晶格发生畸变，并且吸附了更多的表面羟基-OH，这些作用

6、有利于提高膜层的比表面积、增加活性点和羟基自由基，进而使TiO2薄膜的光催化活性提高。关键词溶胶凝胶；TiO2薄膜；稀土离子；可见光；光催化性能--I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThephotocatalyticoxidationtechniqueofTiO2hasbeenpaidmoreandmoreattentionfortheadvantageoflesscost,mildreactioncondition,easyoperationandlesssecondarypollution.HoweverTiO2maysho

7、wphotocatalyticactivityonlybyirradiationofultraviolet(UV)lightforitswidebandgap(Eg=3.2eV).ButtheproportionofUVlighttothesunlightisverysmall.Inaddition,easyrecombinationofphoto-inducedelectronsandholesmakestheefficiencyofphotoquantumlower.Theseunfavorablefactorshavethephotoc

8、atalyticoxidationtechniqueofTiO2limitedinpractice.Consideringtheproblemsabove,thei