学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

一步法制备金属掺杂TiO_2中空微球及其光催化性能研究

作　者: 常琳
导　师: 王金淑；刘晶冰
学　校: 北京工业大学
专　业: 材料学
关键词: TiO2 中空微球掺杂可见光响应光催化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 130次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

TiO₂以良好的光电性能和光化学稳定性,使其在光电转换,太阳能利用及光催化降解环境污染物等方面具有广阔的应用前景。但是由于TiO₂禁带较宽,只能被高能的紫外光激发,为了使TiO₂的光响应区间向可见光方向扩展,提高光催化效率,人们尝试了多种改性方法,其中过渡金属离子掺杂是提高光催化效率的一种重要手段。由于中空微球结构本身具有低密度、比表面积大等性质,在掺杂后会表现出一些独特的性能,因此,对于制备可见光响应的金属离子掺杂TiO₂中空微球及其光催化性能的研究引起了学者们的广泛关注。本论文采用一步法制备金属离子掺杂TiO₂中空微球,该制备方法与传统的模板法不同,是以带正电的聚苯乙烯微球作为模板,水溶性过氧化钛配合物（peroxo-titanium complex,PTC）作为前驱体,无需加入表面活性剂,利用模板所带的正电荷与前驱体所带的负电荷,正负电荷相互吸引一步合成二氧化钛中空微球,并对其进行Fe³⁺和V⁵⁺的掺杂,进行可见光下光催化性能的研究。首先研究了TiO₂中空微球的合成方法,通过XRD的表征确定了一步法合成工艺中PTC的组成及最佳反应时间,得出在最佳条件下合成的TiO₂微球为纯锐钛矿相晶型;利用SEM、TEM、FT-IR的表征,确定合成的锐钛矿相二氧化钛微球确实为中空结构。利用一步法分别制备了不同浓度的Fe³⁺和V⁵⁺掺杂的TiO₂中空微球,通过XRD、SEM和TEM的表征,确定分别掺杂了Fe³⁺和V⁵⁺的TiO₂中空微球均以锐钛矿相存在,且具有良好的中空结构。紫外可见漫反射光谱表明不同浓度的Fe³⁺和V⁵⁺的掺杂会不同程度的促使TiO₂中空微球的吸收波长向可见光区域拓展,通过在可见光下对甲基蓝溶液的光催化实验,确定了Fe³⁺和V⁵⁺的最佳掺杂浓度,分别是0.75%和1%,当掺杂最佳浓度时,掺杂的TiO₂中空微球可以在可见光下表现出最好的光催化活性,并分别研究了光催化机理。采用一步法和传统模板法分别制备了掺杂1%钒的TiO₂中空微球,通过比较,一步法制得的TiO₂中空微球由于不需要煅烧过程即可实现晶化和去除模板的过程,因此可以避免出现微球破碎粉化现象,得到的中空微球结构较完整,在可见光下,对甲基蓝的降解效果优于传统模板法制备的样品。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 二氧化钛光催化简介  10-12
  1.2 提高TiO_2 光催化效率方法简介  12-15
    1.2.1 增加表面缺陷结构  12
    1.2.2 减小颗粒大小  12-13
    1.2.3 复合半导体  13
    1.2.4 表面光敏化  13-14
    1.2.5 贵金属沉积  14
    1.2.6 过渡金属离子掺杂  14-15
  1.3 中空微球制备方法简介  15-18
    1.3.1 高温熔解和喷雾反应法  16-17
    1.3.2 微乳液聚合法  17
    1.3.3 模板法  17-18
  1.4 钛过氧化配合物(PTC)简介  18-20
    1.4.1 PTC在钛基材料合成中的应用  19-20
    1.4.2 PTC应用在本课题中的优势  20
  1.5 课题主要研究内容  20-22
第2章一步法制备TiO_2中空微球及表征  22-32
  2.1 引言  22
  2.2 实验部分  22-25
    2.2.1 主要原料  22-23
    2.2.2 主要实验设备  23
    2.2.3 一步法TiO_2 中空微球的合成  23-25
    2.2.4 分析与测试  25
  2.3 结果与讨论  25-30
    2.3.1 TiO_2 中空微球组成表征  25-28
    2.3.2 形貌分析  28-29
    2.3.3 FT-IR表征  29-30
  2.4 本章小结  30-32
第3章可见光响应的铁掺杂TiO_2中空微球的制备及其光催化性能  32-42
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验部分  33-34
    3.2.1 主要原料  33
    3.2.2 一步法掺铁二氧化钛中空微球的合成  33
    3.2.3 分析与测试  33-34
    3.2.4 光催化性能测定  34
  3.3 结果与讨论  34-39
    3.3.1 XRD分析  34-35
    3.3.2 形貌分析  35-36
    3.3.3 XPS分析  36-37
    3.3.4 紫外-可见漫反射分析  37
    3.3.5 光催化结果分析  37-39
  3.4 本章小结  39-42
第4章可见光响应的钒掺杂TiO_2中空微球的制备及其光催化性能  42-50
  4.1 引言  42
  4.2 实验部分  42-43
    4.2.1 主要原料  42-43
    4.2.2 一步法掺钒二氧化钛中空微球的合成  43
    4.2.3 分析与测试  43
  4.3 结果与讨论  43-48
    4.3.1 XRD分析  43-44
    4.3.2 形貌分析  44-45
    4.3.3 XPS分析  45-46
    4.3.4 紫外-可见漫反射分析  46
    4.3.5 光催化结果分析  46-48
  4.4 本章小结  48-50
第5章一步法与传统模板法制备掺钒TiO_2中空微球及其光催化性能的比较  50-56
  5.1 引言  50
  5.2 实验部分  50-51
    5.2.1 一步法合成掺钒二氧化钛中空微球  50
    5.2.2 传统模板法合成掺钒二氧化钛中空微球  50-51
  5.3 结果与讨论  51-55
    5.3.1 XRD分析  51-52
    5.3.2 SEM分析  52-53
    5.3.3 反应机理研究  53
    5.3.4 紫外-可见漫反射分析  53-54
    5.3.5 光催化结果分析  54-55
  5.4 本章小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66-67
致谢  67

一步法制备金属掺杂TiO_2中空微球及其光催化性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文