改性TiO2纳米薄膜的制备及光催化性能研究

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1、分类号:TQ032学校代码：10697密级:公开学号：201531497专业学位硕士学位论文SPECIALIZEDMASTR’SDISSERTATION改性TiO2纳米薄膜的制备及光催化性能研究学科名称：化学工程专业学位类别：专业硕士作者：潘超指导老师：樊君教授刘恩周副教授杨东元高工西北大学学位评定委员会二〇一八年PreparationofmodifiedTiO2nanofilmsandstudyontheirphotocatalyticperformanceAthesissubmittedtoNo

2、rthwestUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinChemicalEngineeringByChaoPanSupervisor:JunFanProfessorEnzhouLiuAssociateProfessorDongyuanYangseniorengineerMarch2018摘要摘要随着现代工业的高速发展，能源需求短缺、环境恶化的问题急需解决，因此提高可再生能源利用、降解环境污染物已成为当前研

3、究热点。光催化技术不仅能够利用太阳能有效降解环境中的有害物质，还可以将低密度的太阳能转化为高密度可储存的化学能。TiO2光催化剂具有无毒、低价易得、性质稳定等优点，一直是光催化技术研究的焦点。但禁带宽度大，电子和空穴容易复合，极大的限制了其应用。本文通过形貌调控、贵金属负载、半导体复合对TiO2进行改性，以提高其光催化活性。具体研究内容如下：（1）采用一步水热法制备了TiO2纳米薄膜，通过调节初始反应物用量获得了纳米片状、线状、球状、草状以及玉米状等五种不同形貌的TiO2纳米薄膜结构。并通过紫外-可

4、见吸收表征，选择了草状和玉米状对可见光近红外具有更加优异光捕获能力的TiO2纳米薄膜作为贵金属负载和半导体复合的载体薄膜。（2）采用乙二醇辅助水热法制备的草状TiO2纳米薄膜作为载体，采用微波辅助还原法制备了Au/TiO2复合材料。通过表征发现，Au纳米粒子（AuNPs）能够均匀分散于草状TiO2纳米薄膜的表面。并且Au/TiO2复合材料在500-600nm范围类出现Au的特征吸收峰，AuNPs的局部表面等离子效应（LSPR）使Au/TiO2在可见光范围类的光吸收显著增强。Au颗粒不仅可以降低TiO

5、2的PL光谱强度，而且能提高其光电流密度。通过AuNPs的负载能够有效抑制样品光生电子和空穴的复合，并促进了光生载流子的分离。相比纯的TiO2，在紫外-可见光和可见光照射下其降解MB的效率均有五倍以上22.0Au/TiO的提升。在紫外-可见光照射下，90min内16.0cm2样品对50mL5mg/L的MB的降解率达到97.41%。（3）采用甘油辅助水热法制备的玉米形TiO2纳米薄膜作为载体，将三聚氰胺高温热聚合和TiO2高温晶化相结合，利用原位微波加热技术，在空气气氛下使用三聚氰胺作为初始反应物，将

6、g-C3N4沉积在TiO2薄膜表面。研究表明，通过微波加热技术是使用三聚氰胺热聚合获得g-C3N4的简单有效方法，可以实现原位构建高稳定性的g-C3N4/TiO2异质结薄膜。所制备的TiO2薄膜具有可见光散射能力，散射光与g-C3N4的本征吸收重叠，导致400-550nm范围内的吸收平台。此外，还开发了磁驱动旋转框架反I西北大学硕士学位论文应器，以增强光催化分解过程中的传质过程。结果表明，g-C3N4/TiO2薄膜在模拟太阳光照射下表现出优异的活性，除了g-C3N4与TiO2之间重叠的可见光吸收外，

7、稳定的接触和有效的电荷转移以及传质的增强都可以促进产氢和光利用效率。使用0.5g三聚氰胺和16.0cm2的TiO-1m-22制备的g-C3N4/TiO2薄膜，制氢速率可以达到13.8mmolh。关键词：光散射，纳米金，二氧化钛，氮化碳，异质结II摘要AbstractWiththerapiddevelopmentofmodernindustry,theenergyshortageandenvironmentaldegradationproblemshadalreadyattractedextensiv

8、eattention.Photocatalytictechnologycouldnotonlyeffectivelyusethesolarenergytodegradetheharmfulsubstancesofenvironment,butalsotransformthelowdensityofthesolarenergyintohighdensitystorablechemicalenergy.TiO2photocatalysthadbeenthefocusoft