TiO-,2-表面改性及其光催化活性研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)在抗菌、凈水、大氣凈化、防臭以及水污染處理等領(lǐng)域有應(yīng)用或潛在應(yīng)用價(jià)值。TiO<,2>俗稱鈦白粉，作為一種光催化劑，受到了廣泛的研究。 由于TiO<,2>的光響應(yīng)區(qū)間在紫外光波段，對(duì)于太陽(yáng)能的利用很有限，提高TiO<,2>的對(duì)可見光的響應(yīng)是科學(xué)工作者的一個(gè)重要工作內(nèi)容。 本論文從改變TiO<,2>表面狀態(tài)出發(fā)，以期改進(jìn)TiO<,2>對(duì)可見光的響應(yīng)能力，并研究這類改變對(duì)于TiO<,2>光催化活性的影響。采用液

2、相沉淀法，以TiCl<,4>作為前驅(qū)物，1：1 NH<,3>·H<,2>O作為沉淀劑制備TiO<,2>粉體，沉淀經(jīng)過500℃1小時(shí)或2小時(shí)晶化，TiO<,2>晶體結(jié)構(gòu)為銳鈦礦相。 將制備的TiO<,2>粉體與不同量的升華硫在真空密閉的環(huán)境中500℃煅燒2小時(shí)。對(duì)硫化處理的樣品進(jìn)行的XPS表面分析顯示表面硫元素的化合態(tài)比較復(fù)雜，有S<'4+>和S<'6+>，我們對(duì)它們的來源進(jìn)行了分析，XRD結(jié)果顯示，在真空的環(huán)境下，銳鈦礦發(fā)生了向

3、金紅石相轉(zhuǎn)變的情況，硫的存在能夠抑制這種相變，我們?cè)谖闹羞M(jìn)行了較為細(xì)致的討論。還進(jìn)行了紅外光譜分析，光催化效率測(cè)試， UV-Vis紫外可見漫反射分析以及UV-Vis紫外可見吸收分析。在降解亞甲基藍(lán)時(shí)，在我們的實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)過3％硫處理的TiO<,2>(第四章)'降解30分鐘，降解率達(dá)到97％，而未經(jīng)硫化處理的TiO<,2>在75分鐘時(shí)，降解率才為91％，催化效率明顯提高。UV-Vis檢測(cè)的結(jié)果也顯示硫化處理的樣品在可見光區(qū)域比純TiO<

4、,2>有更強(qiáng)的光吸收。 第三章中，將TiO<'2>粉體在濕甲烷(CH<,4>+H<,2>O)氣流中500℃分別煅燒1，2，3，4，和5個(gè)小時(shí)，對(duì)濕甲烷處理后的樣品作了XPS表面分析結(jié)果顯示，表面的碳的化合態(tài)比較復(fù)雜，我們對(duì)其來源進(jìn)行了探討。XRD物相分析結(jié)果表明：在濕甲烷氣流中500℃煅燒5小時(shí)后，TiO<,2>仍然保持了銳鈦礦相，晶粒有所長(zhǎng)大。在氣相色譜對(duì)濕甲烷處理時(shí)的尾氣檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)含有微量的CO和H<,2>·在降解亞甲基藍(lán)

5、的實(shí)驗(yàn)中催化效率也有明顯提升，經(jīng)濕甲烷5小時(shí)處理的樣品在30分鐘時(shí)，降解率達(dá)到91％，而未經(jīng)處理的TiO<,2>在75分鐘時(shí)，降解率91％。經(jīng)不同時(shí)間處理的光催化劑效率提升的幅度有所不同。也進(jìn)行了UV-Vis漫反射和UV-Vis吸收光譜分析。 在第四章中，為了進(jìn)一步研究表面改性的特點(diǎn)，我們做了以TiCl<,4>作為鈦源制備的TiO<,2>在NH<,3>氣流中500℃煅燒5小時(shí)的光催化改性實(shí)驗(yàn)。還做了以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物制備的Ti

6、O<,2>在NH<,3>氣流中500℃煅燒5小時(shí)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還做了以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物制備的TiO<,2>在濕甲烷氣流中500℃煅燒3小時(shí)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物制備的TiO<,2>經(jīng)過NH<,3>或者濕甲烷處理后，光催化效果有所下降，特別是NH<,3>處理5小時(shí)后，降解亞甲基藍(lán)的速度明顯下降，降解時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3個(gè)小時(shí)以上(降解率88％)。在TiO<,2>(TiCl<,4>為鈦源)與磷一起在真空密閉的環(huán)境下煅燒，所得到

7、的催化劑對(duì)于亞甲基藍(lán)有著強(qiáng)烈的吸附作用，TiO<,2>(TiCl<,4>為鈦源)在NH<,3>氣流中煅燒5小時(shí)所得到的光催化劑也同樣具有這樣的現(xiàn)象，但是吸附?jīng)]有磷化處理的TiO<,2>強(qiáng)烈，我們對(duì)這一情況進(jìn)行了討論。第四章中我們對(duì)不同條件(氣氛，時(shí)間，含量等)的處理的光催化劑的光催化效率進(jìn)行了總匯，提出了對(duì)稱效應(yīng)對(duì)TiO<,2>的改性進(jìn)行了推測(cè)性分析，簡(jiǎn)述為推箱子理論。對(duì)固體表面的抗腐蝕能力進(jìn)行了劃分，是作為實(shí)驗(yàn)部分的補(bǔ)充。 本