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TiO_2基光催化材料及CuBi_2O_4薄膜材料的科学制备及性能研究

作　者: 刘闪
导　师: 陈延学
学　校: 山东大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 纳米TiO2光催化材料量子产率半导体复合磁控溅射法化学浴沉积法 CuBi2O4薄膜体系 TiO2/Sb2O2纳米复合物 TiO2/Sb2S3纳米复合物
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着人类社会工业和经济的发展,能源和环境问题现在已经成为人类社会所面临的最严峻的问题之一。自从1972年,Fujishima和Honda教授首先报道了用TiO2作为光催化剂分解水制取氢气和氧气后,光催化技术便被认为是解决环境问题和能源问题的最有效、最具有前景的方案。而纳米TiO2光催化材料,由于其具有耐光腐蚀、耐酸碱性好、化学性质稳定、有较强的氧化还原能力、来源丰富、无毒不产生二次污染等诸多优点,在光催化领域依然被认为是当前最有潜力的光催化剂。但目前TiO2能量转化效率依然比较低,主要由于以下两方面原因：①Ti02禁带宽度为3.2eV,对太阳光谱的利用率较低；②光生电子空穴对在很短的时间内复合,光生载流子难以分离。另外,Ti02纳米粉体还存在难以回收,造成催化剂不能重复利用等缺点,需要将其负载在其它基底上。近年来,人们在提高TiO2的量子产率和促使TiO2对光催化响应上进行了大量的改性研究,主要方法有染料敏化、非金属掺杂、金属掺杂、贵金属沉积、半导体复合等。其中半导体复合光催化剂,可以同时解决以上①②两大问题,另外如果做成薄膜,即可以同时解决以上三个问题。本论文的实验体系采用的改性方法是半导体复合,主要内容和结果如下：1.化学浴沉积法制备了可见光响应高催化活性的TiO2／Sb2O3纳米复合物。在可见光照射下,其复合物的光催化性能较单一的半导体有了很大改善。我们研究了生长环境对光催化性能的影响。在中性环境中,其粒子较大,120min内对甲基橙的降解率为50%,在适当的酸性环境下,不仅形貌有了很大改变,其光催化降解性能也大大提高,20min内甲基橙即被完全降解。另外还讨论了Sb2O3和TiO2摩尔比例对光催化性能的影响,当Sb2O3和TiO2的比例为15%时,降解效率最高。2.无水化学浴沉积法制备TiO2／Sb2S3纳米复合物。结果表明：在紫外光照射下生长的复合物,Sb2S3粒子的附着率高,形貌也比较均匀,光催化效率也得到明显提高。另外在紫外光照射下生长的Sb2S3修饰的TiO2纳米带复合物,形貌均一,比表面积大大增加。3.磁控溅射法生长了CuBi2O4纳米薄膜①通过控制变量法逐步改变生长条件成功探索了制备CuBi2O4纳米薄膜的最优生长条件：普通玻璃衬底、500℃的生长温度；②在最优生长条件的基础上,我们探究了功率对样品结构及光响应的影响,发现当功率高于100W时,样品有(201)单晶取向；③沉积在ZnO纳米阵列上负载贵金属Ag的CuBi2O4薄膜,相对于在普通玻璃衬底上生长的Ag/CuBi2O4薄膜,降解率几乎为零的性能,有了一定的提高。但还有待进一步的探索。

TiO_2基光催化材料及CuBi_2O_4薄膜材料的科学制备及性能研究

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