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掺杂TiO_2光催化剂的制备及其性能研究

作　者: 李凤丽
导　师: 彭绍琴
学　校: 南昌大学
专　业: 应用化学
关键词: 二氧化钛 光催化 制氢 Gd3+ S 甲基橙
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


采用溶胶-凝胶法和溶胶-凝胶浸渍法制备了纯的和Gd3+掺杂的纳米TiO2，并利用XRD，电化学，PL光谱和UV-Vis漫反射光谱等手段对样品进行了表征。考察了焙烧温度和Gd3+掺杂量对TiO2在紫外光照射下光催化分解水制氢活性的影响。结果发现Gd3+的掺入提高了TiO2光解水制氢活性，并且用溶胶-凝胶浸渍法制备的Gd3+掺杂TiO2光催化剂的活性优于用溶胶-凝胶法制备的光催化剂活性，Gd3+的最佳掺杂量为0.5wt％，催化剂的最佳煅烧温度为500℃。Gd3+的掺入阻止了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变，抑制了晶粒的生长，在紫外区的光吸收能力增强，电子-空穴对的分离效率提高，从而提高了TiO2光催化分解水制氢活性。 采用简单加热的方法，制得了S掺杂TiO2（S／TiO2）纳米光催化剂，并利用XRD、XPS和UV-Vis吸收光谱等对催化剂进行了表征。XPS分析表明，S是以S6+的形式掺入TiO2晶格取代部分Ti4+；S的掺入阻止了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变，抑制了晶粒的生长；使TiO2的吸收边带向可见光方向移动，禁带宽度变窄。以甲基橙溶液为降解模型考察了光催化剂可见光性能。同时考察了双氧水的加入，pH值对反应速率的影响。

全文目录


第一章 文献综述  9-35
  1.1 引言  9
  1.2 TiO_2光催化反应原理  9-11
  1.3 TiO_2掺杂改性  11-17
    1.3.1 金属离子掺杂  12-14
      1.3.1.1 过渡金属离子掺杂  12-13
      1.3.1.2 碱金属离子掺杂  13
      1.3.1.3 稀土离子掺杂  13-14
    1.3.2 阴离子掺杂  14-17
      1.3.2.1 N的掺杂  14-15
      1.3.2.2 S的掺杂  15-16
      1.3.2.3 C的掺杂  16
      1.3.2.4 F的掺杂  16
      1.3.2.5 B的掺杂  16-17
      1.3.2.6 N和F共掺杂  17
      1.3.2.7 金属和非金属共掺杂  17
  1.4 掺杂对TiO_2光催化性能的影响  17-24
    1.4.1 离子掺杂对催化剂吸光性能的影响  17-19
    1.4.2 离子掺杂对电荷迁移过程的影响  19-20
    1.4.3 离子掺杂对表面反应的影响  20-22
    1.4.4 离子掺杂对晶型转变的影响  22-23
    1.4.5 离子掺杂对粒径的影响  23-24
    1.4.6 离子掺杂的其它效果  24
  1.5 常用的掺杂方法与性能表征手段  24-28
    1.5.1 常用的掺杂方法  24-27
      1.5.1.1 共沉淀法  25
      1.5.1.2 溶胶—凝胶法  25-26
      1.5.1.3 浸渍法  26
      1.5.1.4 W／O型微乳液法  26
      1.5.1.5 水热法  26-27
      1.5.1.6 离子注入法  27
      1.5.1.7 其他制备方法  27
    1.5.2 常用的性能表征手段  27-28
      1.5.2.1 催化剂的物理化学性质表征  27
      1.5.2.2 目标反应物降解过程和途径的表征  27
      1.5.2.3 其他表征手段：  27-28
  1.6 展望  28-29
    1.6.1 多种元素的复合掺杂  28
    1.6.2 将掺杂改性与固定负载相结合  28
    1.6.3 加强掺杂理论的研究  28
    1.6.4 注重从微观和定量的角度进行分析  28-29
    1.6.5 建立完整的TiO_2光催化性能的综合评定体系和掺杂模型  29
  1.7 选题的依据和意义  29-30
  参考文献  30-35
第二章 Gd／TiO_2的制备及光解水制氢性能研究  35-46
  2.1 引言  35
  2.2 实验部分  35-37
    2.2.1 主要实验试剂  35
    2.2.2 主要实验仪器  35-36
    2.2.3 催化剂的制备  36
      2.2.3.1 溶胶-凝胶法制备光催化剂  36
      2.2.3.2 溶胶-凝胶浸渍法制备光催化剂  36
    2.2.4 TiO_2膜电极的制备及电分析  36-37
    2.2.5 光催化反应  37
  2.3 结果与讨论  37-44
    2.3.1 Gd~(3+)掺杂浓度对TiO_2光解水制氢活性的影响  37-38
    2.3.2 焙烧温度对Gd／TiO_2光催化剂制氢活性的影响  38-39
    2.3.3 样品的XRD分析  39-42
    2.3.4 UV-Vis吸收光谱分析  42-43
    2.3.5 电化学分析  43-44
    2.3.6 荧光光谱(PL)分析  44
  2.4 结论  44-45
  参考文献  45-46
第三章 S／TiO_2的制备和可见光下降解甲基橙溶液的研究  46-56
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47-48
    3.2.1 主要试剂  47
    3.2.2 主要实验仪器  47
    3.2.3 光催化剂的制备  47
    3.2.4 光催化反应  47-48
    3.2.5 甲基橙脱色率的测定  48
  3.3 结果与讨论  48-54
    3.3.1 样品的表征  48-51
      3.3.1.1 XRD分析  48-50
      3.3.1.2 XPS分析  50-51
      3.3.1.3 UV-Vis漫反射图谱分析  51
    3.3.2 光催化性能研究  51-54
      3.3.2.1 TiO_2和S／TiO_2对甲基橙的降解  51-52
      3.3.2.2 溶液pH的影响  52-53
      3.3.2.3 H_2O_2的影响  53-54
  3.4 结论  54
  参考文献  54-56
第四章 结论  56-58
致谢  58-59
附录  59

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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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