氟改性納米二氧化鈦的制備及光催化性能研究.pdf

1、環(huán)境問題日益嚴(yán)重，尋求一種經(jīng)濟(jì)高效的環(huán)境治理方法迫在眉睫。作為半導(dǎo)體光催化技術(shù)的代表——二氧化鈦，常用于降解有機(jī)污染物，因?yàn)槠渚哂斜绕渌牧细€(wěn)定的化學(xué)性能、成本更低、更安全、并且無毒害作用。然而，銳鈦礦型二氧化鈦存在至今也很難完全解決的兩個難點(diǎn):一方面是不能有效利用自然界的太陽能，主要原因是由于二氧化鈦光催化劑的有比較寬的禁帶寬度，對可見光的利用率極低，通常只能被波長小于387 nm的紫外光激發(fā)，才能表現(xiàn)出其獨(dú)特的光催化性能。眾所周知

2、，在自然界中，太陽光中只有微乎其微的紫外光，大概只有3％～4％。若能解決這個問題，那么TiO2光催化技術(shù)大規(guī)模的應(yīng)用于實(shí)際則指日可待。第二方面主要是材料本身光催化性能的局限性。TiO2雖然能被紫外光高效的激發(fā)，但是在光催化過程中產(chǎn)生的光生電子和空穴的復(fù)合速率極高，導(dǎo)致能有效提高光催化效率的光量子的產(chǎn)率很低。
　　本論文從提高TiO2在模擬太陽光下的光催化反應(yīng)效率入手，采用溶膠-凝膠法與有氧、無氧煅燒方式的結(jié)合，通過引入氟離子修飾，

3、以及借助碳離子的摻雜，研究了在制備過程中的溶液的pH、抑制劑的選擇、反應(yīng)溫度的控制、摻雜氟源含量量、煅燒方式的選擇、煅燒溫度和煅燒時間的控制上對F-TiO2、CF-TiO2吸附、光催化活性的影響，以此確定各個因素的最優(yōu)配比。然后通過各種材料表征方法，研究了材料的形貌、結(jié)構(gòu)、元素組成、光學(xué)吸收特性等特征，并初步探討了F-TiO2、CF-TiO2各自優(yōu)越性能的相關(guān)機(jī)制，通過一系列的實(shí)驗(yàn)和表征分析，獲得了以下研究成果:
　　(1)采用溶

4、膠-凝膠法+有氧煅燒方式制備F-TiO2，通過對材料進(jìn)行吸附、光催化性能研究得出制備的F-TiO2最佳條件:調(diào)節(jié)制備液A液的pH為5，選擇無水乙酸作為過程的水解抑制劑，在室溫25℃下反應(yīng)，加入NaF摻雜量為n F/Ti=0.1，煅燒溫度選取600℃，煅燒時間1h。
　　(2)F-TiO2復(fù)合物中，TiO2納米粒子分散較均勻，是典型的銳鈦礦結(jié)構(gòu)，晶粒尺寸16.89 nm。F原子替換TiO2表面的-OH化學(xué)吸附在TiO2表面，促進(jìn)了T

5、i3+的產(chǎn)生。在導(dǎo)帶下方形成氧空位能級，使禁帶寬度變窄為2.75 eV，促進(jìn)了其對可見光的吸收，并且降低了TiO2光生電子-空穴對的復(fù)合率，表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。
　　(3)采用溶膠-凝膠法+無氧煅燒方式制備CF-TiO2，通過對材料進(jìn)行吸附、光催化性能研究得出制備的F-TiO2最佳條件:NaF摻雜量為n F/Ti=0.1，煅燒溫度選取700℃。
　　(4)CF-TiO2復(fù)合物中，TiO2納米粒子呈現(xiàn)不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)，顆粒