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长余辉与二氧化钛协同作用光催化材料的研究
作 者: 姜琳
导 师: 季惠明
学 校: 天津大学
专 业: 材料学
关键词: TiO2光催化 Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发光粉体 协同作用 溶胶复合
分类号: O643.36
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
TiO2光催化材料以其化学稳定性高、无毒、降解效率高、无二次污染等优点,近年来成为研究与应用的热点。为进一步提高TiO2的光催化活性,本实验采用溶胶复合方法将TiO2与Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+长余辉发光材料复合,制备出Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+/TiO2新型光催化剂,通过降解甲基橙研究了复合光催化剂的光催化活性以及TiO2与Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+之间的协同作用。本文以TiOSO4·nH2O为原料制备了过氧钛酸(PTA)溶胶,干燥研磨过筛煅烧后即得到TiO2光催化剂,XRD、SEM测试结果表明:TiO2为锐钛矿相,颗粒均匀呈球形,粒径约为2050nm。采用溶胶-凝胶法制备了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+,通过改变煅烧温度以及Eu2+、Dy3+掺杂比例优化了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+的发光性能。采用溶胶复合方式制备了Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+/TiO2新型光催化剂,研究了不同Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+与TiO2质量比以及不同复合方式对催化剂活性的影响,并TiO2进行了对比,实验结果表明:复合光催化剂仅由Sr2MgSi2O7相和锐钛矿相组成,且表面TiO2粒径减小,比表面积增大,与物理混合的复合光催化剂和TiO2相比,溶胶复合制备的Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+/TiO2光催化剂的活性较高,在可见光下和紫外光激发后暗环境下对甲基橙的降解率分别为34.3%和65.4%。研究了过渡金属离子Fe3+和半导体WO3掺杂的复合光催化剂的光催化性能。Fe3+和WO3的掺杂能够降低TiO2的有效禁带宽度,将其光响应区域拓宽至可见光。0.5wt%Fe3+-TiO2的有效禁带宽度为2.93eV,Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+/Fe3+-TiO2在可见光和紫外光激发后暗环境下对甲基橙的降解率分别为61.6%和77.3%;而1.0wt%WO3-TiO2的有效禁带宽度为2.84eV,Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+/WO3-TiO2在可见光和紫外光激发后暗环境下对甲基橙的降解率分别为57.2%和76.9%。对复合光催化剂协同作用机理进行了分析探讨,本文认为:复合光催化剂中,光催化活性的提高与以下四个作用相关:(a)Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发光粉体的存在抑制了TiO2颗粒的长大;(b)Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+与TiO2之间可能存在表面载流子的转移过程,两者发挥协同作用;(c)Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+与TiO2之间对光能的吸收相互制约;(d)Sr2MgSi2O7:Eu2+,Dy3+发出的光能够被TiO2吸收。本文提出的长余辉复合光催化材料两者之间存在着载流子转移机制与光相互吸收机制,协同提高光催化活性,具有重要理论意义与应用价值。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 第一章 文献综述 8-25 1.1 引言 8-9 1.2 纳米Ti0_2 光催化材料简介 9-15 1.2.1 Ti0_2 光催化剂的光催化原理 9-10 1.2.2 Ti0_2 光催化性的影响因素 10-12 1.2.3 提高Ti0_2 光催化活性的方法 12-15 1.3 长余辉发光材料的研究现状 15-18 1.3.1 长余辉发光材料的种类 16-17 1.3.2 长余辉发光材料的制备方法 17-18 1.4 长余辉发光材料改性Ti0_2 光催化材料的研究进展 18-24 1.4.1 长余辉发光材料改性Ti0_2 光催化剂的提出 19-20 1.4.2 长余辉发光材料改性Ti0_2 光催化剂的制备方法 20-21 1.4.3 长余辉发光材料改性Ti0_2 光催化剂的机理 21-24 1.5 课题的提出 24-25 第二章 实验部分 25-31 2.1 实验原料及设备 25-26 2.1.1 实验原料 25-26 2.1.2 实验设备 26 2.2 实验过程 26-28 2.2.1 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光粉体的制备 26-27 2.2.2 Ti0_2 光催化剂的制备 27-28 2.2.3 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的制备 28 2.3 分析方法与测试 28-29 2.3.1 分析方法 28-29 2.3.2 发光性能测试 29 2.3.3 光催化性能测试 29 2.4 光催化实验 29-31 2.4.1 可见光下的光催化实验 29-30 2.4.2 暗环境下的光催化实验 30-31 第三章 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2复合光催化剂的性能研究 31-49 3.1 纳米Ti0_2 光催化剂的表征 31-33 3.1.1 纳米Ti0_2 的晶相结构 31-32 3.1.2 纳米Ti0_2 的表面形貌 32-33 3.2 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的表征 33-39 3.2.1 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的晶相结构 33-34 3.2.2 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的表面形貌 34-35 3.2.3 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的发光性能 35-36 3.2.4 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的荧光光谱 36-38 3.2.5 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)长余辉发光材料的发光机理 38-39 3.3 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的表征及其光催化性能 39-47 3.3.1 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的晶相结构 39-40 3.3.2 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的表面形貌 40-41 3.3.3 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的发光性能 41-42 3.3.4 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的光催化性能 42-45 3.3.5 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 复合光催化剂的光催化机理探讨 45-47 3.4 本章小结 47-49 第四章 掺杂对复合光催化剂光催化活性的影响 49-61 4.1 过渡金属Fe~(3+)掺杂Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 的光催化性能研究 49-54 4.1.1 Fe~(3+)掺杂Ti0_2 的紫外-可见吸收光谱 49-51 4.1.2 Fe~(3+)掺杂Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 的光催化活性 51-53 4.1.3 Fe~(3+)掺杂Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 的光催化机理探讨 53-54 4.2 半导体W0_3 掺杂Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 的光催化性能研究 54-58 4.2.1 W0_3 掺杂Ti0_2 的紫外-可见吸收光谱 54-56 4.2.2 W0_3 掺杂Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 的光催化活性 56-57 4.2.3 W0_3 掺杂Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 的光催化机理探讨 57-58 4.3 Sr_2MgSi_20_7:Eu~(2+),Dy~(3+)/Ti0_2 与Ti0_2 光催化活性的比较 58-59 4.4 本章小结 59-61 第五章全文结论 61-63 参考文献 63-69 发表论文和参加科研情况说明 69-70 致谢 70
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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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