醇熱法制備形貌結(jié)構(gòu)可控TiO-,2-催化劑及其光催化性能研究.pdf

1、半導體光催化是一門集光學、電化學、材料學、表面化學和催化化學于一體的綜合性學科，其特征是半導體材料通過有效吸收光能產(chǎn)生具有極強氧化能力和還原能力的光生空穴和電子，在催化劑表面發(fā)生直接或間接的氧化或還原反應(yīng)。半導體光催化引起科學界普遍興趣的主要原因在于其對能源利用和環(huán)境凈化問題的潛在價值。半導體光催化研究已開展30多年，取得了一些研究成果，但仍然存在許多必須解決的關(guān)鍵性問題。從基礎(chǔ)研究的角度來說，高效的半導體光催化劑仍需進一步探索。TiO

2、2以其無毒、催化活性高、化學穩(wěn)定性好、價廉易得及可直接利用太陽光等優(yōu)點受到人們的重視。然而其較寬的禁帶寬度和較低的量子效率仍然是限制其發(fā)展的主要原因。而研究表明，通過調(diào)變TiO2的形貌結(jié)構(gòu)對于改性和提高其催化性能有著重要的影響。本實驗室已從事多年的催化劑設(shè)計和開發(fā)工作，在催化劑結(jié)構(gòu)和活性的內(nèi)在聯(lián)系研究方面積累了較多的經(jīng)驗。針對本實驗室的實際情況和光催化領(lǐng)域存在的實際問題，我們從催化劑的形貌和結(jié)構(gòu)入手，通過對制備方法和制備條件的優(yōu)化，合成

3、了具有不同形貌和結(jié)構(gòu)的TiO2光催化劑，并探究其形貌和結(jié)構(gòu)對活性的影響，為進一步發(fā)展實用性光催化技術(shù)積累經(jīng)驗。本論文主要開展了以下三方面的工作： 1、醇熱方法合成特殊形貌結(jié)構(gòu)TiO2及其光催化性能研究 以TiOSO4為前驅(qū)體，乙醇和丙三醇為溶劑，采用溶劑熱方法，通過調(diào)變反應(yīng)溶液的性質(zhì)，制備各種特殊形貌結(jié)構(gòu)的TiO2光催化劑，包括片狀、核殼結(jié)構(gòu)，中空結(jié)構(gòu)以及實心微米球等。研究表明，醇溶劑的性質(zhì)對于催化劑的形貌結(jié)構(gòu)起著決定的

4、作用，而且不同形貌結(jié)構(gòu)對于TiO2的光催化性能有著重要的影響。將各種形貌結(jié)構(gòu)的TiO2光催化劑應(yīng)用于苯酚降解實驗中，中空結(jié)構(gòu)TiO2微米球由于其較大的比表面積及空腔效應(yīng)導致其光催化活性明顯優(yōu)于其它形貌結(jié)構(gòu)TiO2。 2、多級花狀結(jié)構(gòu)TiO2的合成及其Bi2O3可見光修飾 以TiCl4為前驅(qū)體，利用簡單的溶劑熱方法，不借助任何的表面活性劑或者硬模板制備了具有多級花狀結(jié)構(gòu)TiO2。這種特殊的多級花狀結(jié)構(gòu)是由片層相互交錯、組裝

5、而成的。研究結(jié)構(gòu)表明，這種特殊的多級花狀結(jié)構(gòu)有利于提高TiO2催化劑的光吸收，有利于增加作為光催化活性位的空穴，從而提高光催化活性。 Bi2O3物種的修飾可以顯著提高多級花狀結(jié)構(gòu)TiO2在可見光區(qū)光催化活性。而原位合成Bi2O3修飾TiO2催化劑的方法既保留了樣品的多級花狀結(jié)構(gòu)，使光在催化劑的內(nèi)部可能存在折射、反射效應(yīng)，提高了催化劑對光的吸收，從而提高了催化劑的量子效率。當Bi/Ti摩爾比為3.3％，Bi2O3的修飾作用最佳，

6、其可見光照射下降解對氯苯酚的活性高達75％。 3、(001)高能面暴露納米單晶TiO2的合成及其光催化性能研究 利用溶劑熱，以TiF4為前驅(qū)體，叔丁醇為溶劑，制備了(001)高能面暴露納米單晶TiO2。采用FESEM、TEM、XPS和XRD等測試手段，對產(chǎn)物形貌和組成進行了詳細的分析和表征。結(jié)果表明，該方法合成的納米單晶TiO2呈單分散板狀介觀形貌，且尺寸均－(15-20 nm)。與傳統(tǒng)微米級二氧化鈦單晶相比，該材料具有