二氧化钛光催化剂的制备及其性能研究

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1、学校代号10532学号S150700521分类号O469密级不保密硕士学位论文二氧化钛光催化剂的制备及其性能研究学位申请人姓名张静培养单位物理与微电子科学学院导师姓名及职称黄桂芳教授学科专业物理学研究方向纳米光催化材料论文提交日期2018年5月14日学校代号：10532学号：S150700521密级：不保密湖南大学硕士学位论文二氧化钛光催化剂的制备及其性能研究学位申请人姓名：张静导师姓名及职称：黄桂芳教授培养单位：物理与微电子科学学院专业名称：物理学论文提交日期：2018年5月14日论文答辩日期：2018年5月28日答辩委员会主席：王玲玲教授

2、PreparationandperformancestudyoftitaniumdioxidephotocatalystbyZhangJingAthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScienceinphysicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHuangGuifangMay，2018二氧化钛光催化剂的制备及其性能研究摘要随着能源危机和环境污染日益严重，利

3、用清洁太阳能来解决环境污染和能源短缺等问题已成为全球研究热点之一。半导体光催化技术可将丰富的太阳能转化为化学能，具有绿色、无二次污染和节能等优势，被认为是解决能源危机和环境污染问题的有效途径之一。光催化技术所面临的核心问题是高效光催化材料的研发。二氧化钛作为一种传统的半导体光催化剂材料，具有化学性质稳定、廉价等优势，已经成为研究者最感兴趣的半导体材料，但是，TiO2是一种宽带隙半导体材料（3.2eV），对太阳光的利用率很小，且光生电子-空穴不能有效分离，大大降低了TiO2光催化性能。本工作采用碳掺杂TiO2和构建g-C3N4/TiO2复合材料

4、对其进行改性，系统分析样品的形貌、结构和成分等对其光学性能和光催化性能的影响。主要结果如下：(1)采用水解法制备TiO2纳米颗粒，通过加入不同含量的葡萄糖，调控TiO2的表面形貌和碳掺杂程度，所得的TiO2为锐钛矿相结构的球形颗粒，与纯TiO2相比，碳掺杂的TiO2（101）面的XRD衍射峰明显向低角度方向偏移，表明碳原子成功掺杂在其晶格中。研究发现，碳掺杂引起光电流的增大，表明其可以有效促进光生电子—空穴对分离，抑制其复合。而且，适量碳掺杂的TiO2在紫外和可见光辐照下均表现出显著增强的光催化活性，其增强的光催化活性源于碳掺杂引入了缺陷和掺

5、杂能级，提供了更多吸附污染物和催化反应的活性位点，以及有效地分离了光生电子—空穴。该工作为大规模合成高效光催化材料提供了一种简单有效的方法。(2)采用油浴法制备TiO2和g-C3N4的复合材料，SEM形貌分析发现所得样品表面有一层卷曲的包裹物，且Raman峰发生明显偏移，表明g-C3N4和TiO2之间的强相互作用和成功复合。研究发现，g-C3N4/TiO2复合材料光催化降解亚甲基蓝的活性增强，当尿素与TiO2的质量比为1:14时，所得样品的光催化活性最高。+和•OH是主要的活性物质，g-C自由基捕获剂实验结果表明，h3N4/TiO2复合材料的

6、光生电子-空穴分离符合Ⅱ类异质结机制。其增强的光催化活性源于反应活性位点的增多以及光生载流子的有效分离。该工作为实现可见光光催化，提高了对太阳能的利用率提供了有效途径。关键词：TiO2；掺杂;g-C3N4；复合材料；光催化II硕士学位论文AbstractWiththeenergycrisisandenvironmentalpollutionbecomingmoreandmoreserious,theuseofcleansolarenergytosolveenvironmentalpollutionandenergyshortagehasbec

7、omeoneoftheglobalresearchhotspots.Semiconductorphotocatalytictechnologycanconverttheabundantsolarenergyintochemicalenergy,withgreen,nosecondarypollutionandenergysavingadvantages,thusisconsideredtobeoneoftheeffectivewaytosolvetheissuesofenergycrisisandenvironmentalpollution.

8、Thecoreproblemofphotocatalytictechnologyisthedevelopmentofefficientphotocatalyticm