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纳米复合光催化剂的制备及可见光响应光催化性能研究

作　者: 杨行勇
导　师: 史晓亮
学　校: 武汉理工大学
专　业: 复合材料学
关键词: 复合光催化剂 TiO2 可见光 光催化 MWCNTs C60 水热法
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 42次
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内容摘要


同纳米CdS、ZnS、PbS、SnO2、ZnO、MoO3、V2O5和W03等光催化剂相比较,纳米TiO2以其诸多的性质优点成为人们最关注的焦点。但是纳米TiO2属于宽禁带半导体氧化物,只能吸收太阳光中的紫外光部分,从而极大限制了其在可见光范围内催化降解有机污染物中的实际应用。本论文的重点是通过对纳米TiO2进行W掺杂改性,并与碳纳米管、富勒烯进行复合杂化,利用碳纳米管良好的导电性和吸附能力以及富勒烯独特的电学和光学性能,采用水热合成法合成对可见光具有较强吸收的W-TiO2光催化剂、W掺杂Ti02/C6o/MWCNTs复合光催化剂,有效地实现了对光催化材料能带结构的调控,减小带隙,增强对可见光的响应,期待W掺杂Ti02/C6o/MWCNTs复合光催化剂在可见光催化中得到广泛的应用。第二章,本章的重点是探索W掺杂对纳米TiO2光催化活性的影响,并找到W的最佳掺杂量。本章中用水热合成法制备了W掺杂TiO2纳米光催化剂,通过对W掺杂量的控制,研究其在紫外光和可见光下催化活性的变化。当W的掺杂摩尔百分数为40%时得到的光催化剂比纯纳米TiO2产生最大吸收红移,在紫外光和可见光下的光催化活性都远远的高于P25和纯TiO2。第三章,本章的研究重点是通过一种简便的方法成功制备出富勒烯C60与多壁碳纳米管(MWCNTs)的复合杂化材料(C60/MWCNTs)。该方法的基本原理是利用共价键将富勒烯C60和碳纳米管进行化学组装,从而使富勒烯C60紧紧地包覆在碳纳米管的表面,并与其牢固地复合杂化在一起。另外,实验中还对多壁碳纳米管的表面氧化处理和富勒烯C60了水溶性处理方法做了相关研究。第四章,本章的重点是研究MWCNTs、富勒烯C60等对TiO2光催化性能的影响。实验以TiCl4为钛源,以(NH4)2WO4引入掺杂元素W,以多壁碳纳米管(MWCNTs)为载体,并与先前实验室所制备的富勒烯碳纳米管(C60/MWCNTs)进行复合,采用水热法最终制备出了W-Ti02/C6o/MWCNTs纳米复合光催化剂。该研究方法是利用MWCNTs和C60较好的导电性和吸附性,可以有效地减少光生-电子空穴对的复合几率,从而大大增强光催化剂的光催化活性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-39
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 纳米TiO_2的结构及其光催化机理  11-15
    1.2.1 TiO_2的晶体结构  11-13
    1.2.2 TiO_2的能带结构  13-14
    1.2.3 TiO_2的光催化机理  14-15
  1.3 纳米TiO_2的制备及应用  15-19
    1.3.1 纳米TiO_2的制备  15-18
    1.3.2 纳米TiO_2的应用  18-19
  1.4 TiO_2光催化剂存在的问题  19-20
  1.5 纳米TiO_2的改性方法及研究进展  20-26
    1.5.1 表面贵金属沉积  20-21
    1.5.2 复合半导体  21-22
    1.5.3 金属离子掺杂  22-23
    1.5.4 非金属元素掺杂  23-24
    1.5.5 表面超强酸化法  24-25
    1.5.6 表面染料光敏化  25-26
    1.5.7 催化剂负载  26
  1.6 碳纳米管的研究概况  26-33
    1.6.1 碳纳米管的结构  27-28
    1.6.2 碳纳米管的性能  28-30
    1.6.3 碳纳米管的纯化  30-32
    1.6.4 碳纳米管的应用  32-33
  1.7 C_(60)的研究概况  33-37
    1.7.1 C_(60)的结构  33-35
    1.7.2 C_(60)的物理化学性质及应用  35-37
  1.8 本课题的研究内容  37-39
第2章 W掺杂TiO_2纳米复合材料的制备与可见光催化性能研究  39-50
  2.1 引言  39-40
  2.2 实验  40-41
    2.2.1 实验药品及仪器  40
    2.2.2 实验过程  40-41
  2.3 性能测试  41-43
    2.3.1 XRD测试  41
    2.3.2 FESEM和FETEM测试  41-42
    2.3.3 UV-Vis吸收光谱和PL谱测试  42
    2.3.4 光催化活性测试  42-43
  2.4 结果与讨论  43-49
    2.4.1 XRD分析  43-44
    2.4.2 FESEM和FETEM分析  44-46
    2.4.3 光催化活性分析  46-47
    2.4.4 UV-Vis吸收光谱和PL谱分析  47-49
  2.5 本章小结  49-50
第3章 富勒烯/碳纳米管杂化材料的制备及表征  50-58
  3.1 引言  50-51
  3.2 实验  51-52
    3.2.1 实验药品及仪器  51
    3.2.2 实验过程  51-52
  3.3 性能测试  52-53
    3.3.1 XRD测试  53
    3.3.2 FETEM测试  53
    3.3.3 FTIR测测试  53
    3.3.4 Raman测试  53
  3.4 结果与讨论  53-57
    3.4.1 XRD分析  53-54
    3.4.2 FETEM分析  54-55
    3.4.3 FTIR分析  55-56
    3.4.4 Raman分析  56-57
  3.5 本章小结  57-58
第4章 W掺杂TiO_2/C_(60)/MWCNTs复合杂化材料的制备及其光催化性能研究  58-68
  4.1 引言  58-59
  4.2 实验  59-61
    4.2.1 实验药品及仪器  59-60
    4.2.2 实验过程  60-61
  4.3 性能测试  61-62
    4.3.1 XRD测试  61
    4.3.2 FETEM分析  61
    4.3.3 光催化活性测试  61
    4.3.4 UV-Vis吸收光谱和PL谱测试  61-62
  4.4 结果与讨论  62-67
    4.4.1 XRD分析  62-63
    4.4.2 FETEM分析  63-64
    4.4.3 光催化性能分析  64-65
    4.4.4 UV-Vis吸收光谱和PL谱分析  65-67
  4.5 本章小结  67-68
第5章 结论  68-69
参考文献  69-83
致谢  83-84
附录 硕士期间发表的论文和申请的专利  84

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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