納米TiO-,2-光催化劑的制備及可見光化研究.pdf

1、納米TiO<,2>具有優(yōu)異的光催化活性。它的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒副作用、且抗光腐蝕，能將環(huán)境中存在的大量的微量有機(jī)物降解為無污染的無機(jī)物，還能殺死細(xì)菌病毒等。因此，納米TiO<,2>在環(huán)境、生物、醫(yī)療衛(wèi)生和新能源開發(fā)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，納米TiO<,2>光催化劑作為一種半導(dǎo)體材料，它的禁帶寬度較寬，只能吸收紫外光，對(duì)太陽能的利用率較低，因而限制了它的應(yīng)用。為了提高納米TiO<,2>在可見光區(qū)的光催化活性，充分利用自然界中廉價(jià)、

2、清潔的太陽光能，必須對(duì)其進(jìn)行改性處理。本論文主要研究了真空熱處理、H<,2>和N<,2>氣氛改性處理，通過在TiO<,2>的晶體結(jié)構(gòu)中引入氧空位缺陷來改變其固有的能帶結(jié)構(gòu)，從而提高納米TiO<,2>在可見光區(qū)的光催化活性。 本研究以TiCl<,4>為原料，采用水解法制備了納米TiO<,2>粉體。通過控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)獲得了銳鈦礦型、金紅石型和混晶型納米TiO<,2>，對(duì)TiCl<,4>的水解特性和不同晶型的TiO<,2>粒子形成的機(jī)理

3、進(jìn)行了深入的研究。將實(shí)驗(yàn)室制備得到的銳鈦礦型和混晶型納米TiO<,2>在空氣中進(jìn)行煅燒處理，利用X射線衍射(XRD)分析了煅燒溫度對(duì)納米TiO<,2>的晶體結(jié)構(gòu)和粒徑的影響，以及銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變的溫度，對(duì)納米TiO<,2>的相變過程進(jìn)行了熱力學(xué)計(jì)算，理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。 本研究采用真空熱處理工藝對(duì)銳鈦礦型納米TiO<,2>進(jìn)行了改性處理，紫外可見漫反射吸收光譜(DRS)表明，400℃和1000℃改性后的樣品的光吸收閾值

4、分別紅移至480nm和600nm處，實(shí)現(xiàn)了對(duì)可見光的吸收。高分辨率透射電鏡(HRTEM)和X射線光電子能譜(XPS)分析發(fā)現(xiàn)，改性后的樣品中O/Ti原子比小于2，在TiO<,2>的晶體結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了氧空位缺陷和Ti<'3+>離子，共同作用改變了TiO<,2>的能帶結(jié)構(gòu)，在價(jià)帶和導(dǎo)帶之間形成了新的氧空位態(tài)，從而使吸收光的波長(zhǎng)向可見光區(qū)移動(dòng)。 本研究在H<,2>還原氣氛和N<,2>氣氛中進(jìn)行熱處理改性，也使各種晶型的納米TiO<,2>

5、的光吸收閾值均有不同程度的紅移。對(duì)熱處理氣氛、溫度和晶型等因素進(jìn)行了研究，在H<,2>還原氣氛下，最佳的處理溫度在700℃左右，該溫度下，銳鈦礦型、金紅石型和混晶型納米TiO<,2>的光吸收閾值分別為450nm，490nm和500nm。而在N<,2>氣氛中進(jìn)行熱處理時(shí)，最佳的溫度為400℃左右，金紅石型和混晶型納米TiO<,2>的光吸收閾值分別為440nm和420nm。XPS分析也證實(shí)了在改性后的樣品中存在氧空位缺陷。 最后，以