金属离子改性二氧化钛光催化性质的研究.pdf

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1、AThesisSubmittedtoZhejiangUniversityfortheDegreeofMasterofScienceTheResearchonthePhotocatalyticPropertiesofMetal--ionModifiedTi02Author：Supervisor：Subject：College：ScienceSubmittedDate：2011-10．15浙江大学硕士学位论文摘要伴随着全球工业的兴起和发展，环境污染问题日益严重，环境治理和保护，实现可持续发展是人类必须面对的严峻考验。半导体光催化剂能够有效地利用

2、清洁的太阳光来降解空气和废水中的有机污染物，这对于环境保护和能源节约都具有重要意义。在现有的半导体光催化剂中，纳米二氧化钛因其廉价、无毒及对光照稳定等特点，被认为是最有潜力的光催化材料之一，因此也成为了科学家们的研究热点。自1972年，Fujishima和Honda发现二氧化钛的光催化性质以后，近40年来，科学家们对提高二氧化钛的光催化性能做了深入的探索。他们不仅开拓了诸多提高二氧化钛光催化性能的方法，而且对光催化反应的机理也做了很多研究。本论文主要根据半导体光催化理论，采用醋酸诱导的溶胶一凝胶(AcHE)法合成了一系列改性的二氧化钛光催化

3、剂，并研究了其光催化活性与机理。主要研究内容包括：(1)采用AcHE法合成了添加低浓度的锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铯(Cs)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、铝(A1)、硅(Si)、铁(Fe)、钻(Co)、镍(Ni)、锌(Zn)、铜(Cu)、金(Au)、钯(Pa)、锰(Mn)、锡(Sn)、铈(Ce)、钼(Mo)、钨(W)、铋(Bi)、镧(La)、钇(Y)等23种元素的离子的二氧化钛(M．n02)材料，其中，各离子的添加浓度相同。XRD结果表明，该方法合成的二氧化钛材料均为锐钛矿结构，晶粒尺寸为10．15nm，低浓度金属离子的引入

4、不会对二氧化钛的结构造成影响。通过在紫外光下催化降解亚甲基蓝光的反应，比较了M．Ti02的光催化活性。结果表明，金属离子的引入会影响二氧化钛的光催化活性；有些金属离子能够提高二氧化钛的光催化活性，相反，有些金属离子的引入却显著降低二氧化钛的光催化活性；二氧化钛的光催化性能是多种因素共同作用的结果，而如何抑制光生载流子的复合并延长其寿命是提高其量子产率的关键。(2)采用AcHE溶胶凝胶法，并通过引入钠离子(含钠无机盐)的方法，合成了改性纳米二氧化钛材料并考察了材料的光催化性能；通过TG、XRD、XPS、ESR等表征手段探究了合成过程中钠离子的

5、作用以及二氧化钛的光催化反应机浙江大学硕士学位论文摘要理。在合成过程中添加钠离子，能够明显地提高二氧化钛的光催化活性，与纯的二氧化钛相比，其光催化活性提高了3倍左右。XRD分析表明，添加的钠离子没有被掺杂进入二氧化钛的晶格，而是以无机盐的形式存在，并且这种无机的钠盐很容易被去离子水出去，而完全除去无机钠盐的Ti02纳米材料的表面能够产生大量的表面羟基基团，在紫光照条件下，这些羟基基团能够有效地和迁移到表面的光生空穴作用，生成光催化反应的主要活性基团——羟基自由基，这是其光活性提高的主要原因。本论文经过对上述材料的催化效果进行比较后发现，较高

6、的结晶度，高比表面积以及良好的表面性质和结构是提高二氧化钛的光催化活性的重要因素。通过在制备过程中引入不同的杂质离子，能够对上述因素产生各种影响，从而调控材料的光催化性能。关键词：二氧化钛；金属离子改性；光催化；表面羟基；浙江大学硕士学位论文摘要AbstractThedevelopmentoftheglobalindustrializationhadbroughtsevererenviromentalpollutionproblems．Humanshavetoresolvetheseenvironmentalproblemstoachiev

7、esustainabledevelopment．Photocatalysts，whichbasedonsemiconductors，areabletodecompositetheorganicpollutantsintonon—toxicsubstancesbyusingtheirradiationofsolarlight，andthusitisofgreatsignificanceforenvironmentprotectionandenergyconservation．Amongtheexistingphotocatalysts，ri0

8、2isthoughttobethemostpotentialoneduetoitsuniquemerits，suchaslowprice，non—toxicityandstabi