李芳柏[1]1999年在《改性二氧化钛的制备、表征及其在光催化处理染料废水中的应用》文中研究指明本文系统地研究了纳米TiO_2及改性TiO_2光催化剂的制备、表征及其光催化性能;分析了染料光催化降解过程、终产物及其光催化反应动力学;并对光催化处理染料废水作了一些探索。 运用XRD、BET、LRS、TEM、DRS、XPS等测试手段,研究了表面沉积金属氧化物、掺杂金属离子以及担载贵金属等方法对二氧化钛性质的改性,研究表明: ① 纳米TiO_2表现出明显的量子尺寸效应; ② 掺入金属氧化物或金属离子会阻碍TiO_2锐钛矿晶相的出现,使颗粒变小,担载Au、Ag、Pt使催化剂颗粒明显变大; ③ TiO_2中掺Au、WO_3、Sb_2O_3后对可见光的吸收明显增强; ④ 掺入WO_3或Sb_2O_3的TiO_2,Ti2p电子结合能增加;而掺Au则使其结合能减小,且Fermi能级从2.97eV减小至2.43eV,吸收光谱阈值变为501nm,红移了84nm。 以高压汞灯为激发源,亚甲基蓝和甲基橙为分子探针,对比研究了不同改性方法使TiO_2对这两种有机物分子光催化降解的活性产生差异,研究表明: ① 掺入WO_3、ZrO_2、Sb_2O_3、Au~(3+)和担载金单质的TiO_2,光催化降解亚甲基蓝溶液的能力增强;而掺入Y_2O_3、Au~(3+)和担载铂单质的TiO_2,光催化降解甲基橙溶液的能力则增强。 ② Au~(3+)、WO_3两种物质同时掺入的TiO_2,并未表现出协调作用;担载Au的TiO_2对甲基橙的光催化降解能力下降,而掺Au则增强其光催化降解
刘秋红[2]2017年在《特殊形貌纳米二氧化钛的光电转化及光催化性能》文中认为能源短缺与环境污染是当今社会无法回避的两个重大问题,与人类社会是否可以持续发展密切相关。众所周知,开发利用新能源是缓解资源匮乏、改善环境污染的希望,而在众多新能源中,太阳能拥有独特的优势及巨大的开发潜力。太阳能电池可以利用太阳光,将光能转化为电能,而光催化可以通过将光能转化为化学能的过程治理环境污染。TiO_2作为一种具有极大应用潜力的宽带隙半导体,被广泛的应用于上述领域中,是改善环境恶化、缓解资源短缺过程中不可忽视的重要角色。本文通过多种水热方法,制备合成多种形貌的TiO_2纳米晶,并将其应用于染料敏化太阳能电池及光催化降解有机染料污染物。通过比较所制备的一系列TiO_2纳米晶体的不同活性,尝试提出太阳能电池光阳极及光催化剂的工作原理及提高效率的可能方向。文章通过以下四个部分进行阐述:(1)首先通过水热法合成钙钛矿型SrTiO_3颗粒,通过刮涂法使其牢固附着于掺氟氧化锡导电玻璃表面。以硫酸氧钛为钛源,SrTiO_3薄膜为基底,通过水热法合成双层TiO_2,下层为锐钛矿相TiO_2颗粒,上层为金红石相TiO_2纳米棒,沿[110]方向进行生长。该纳米棒聚集成花状,均匀分布于SrTiO_3基底之上。分别与纯TiO_2或纯SrTiO_3光阳极相比,TiO_2-SrTiO_3复合薄膜光阳极所组装的全固态染料敏化太阳能电池显示了极佳的光电转化性能,与前述两种电极相比,效率高出了2倍及100倍之多,太阳能电池的整体效率提升至1.35%。结合光阳极的形貌结构分析可知,SrTi O_3在降低电子-空穴对的复合率上起了很大作用,首先,SrTiO_3的存在极大的增加了SrTiO_3与TiO_2界面上的电子注入率,其次,SrTiO_3作为基底也改变了TiO_2的形貌及结构,改变了电子在一维方向上的传输速率,这种改变亦降低了电子-空穴对的复合几率,大大提高太阳能电池的光电转化效率。(2)在水热制备TiO_2纳米粒子过程中,通过加入氨水实现了高结晶度TiO_2球形颗粒的制备。通过扫描电镜图像可知,随着氨水加入量的提高,纳米颗粒的团聚体尺寸并未发生明显变化,但单个粒子的尺寸明显增长,且由于小晶粒的尺寸增长,使得样品的总体比表面积剧烈降低。将所得产物分别应用于光催化以及染料敏化太阳能电池中,考察其光化学转化以及光电转化能力。在光催化过程中,随着氨水加入量的增加,样品比表面积减小,对染料吸附能力降低,导致光催化能力变差;在染料敏化太阳能电池中,光电转化效率先升高再降低,这是由于随着氨水浓度的增加,TiO_2纳米粒子结晶度提高的同时比表面积下降,两种变化对太阳能电池光电转化能力的影响是相反的,最终获得最高转化效率为5.58%。在不改变二氧化钛晶型及形貌的情况下,使用非煅烧手段来改善结晶度,最后提高电子传输效率,是一种十分具有启发意义的方法。(3)以四异丙醇钛为钛源,通过两步水解-水热法制备了比表面积较大,颗粒均匀细小的纳米TiO_2颗粒,并对该样品进行不同温度的煅烧。以有机偶氮类染料X3B为目标底物,在酸性条件下,利用TiO_2表面-OH带正电的特性,将该样品应用于光催化降解染料废水的实验中。样品对X3B有极佳的光催化降解脱色效果,随着煅烧温度的提高,光催化剂的脱色降解活性降低,这与样品比表面积的变化规律以及对染料的吸附能力一致,证实该催化反应为界面催化反应。未煅烧的二氧化钛样品显示出最佳的催化活性,在10 min时对染料的脱色率即可达到52%,在20 min内,即达到对染料的完全脱色降解。经过与商品P25的光催化活性进行对比,该样品的光催化活性远高于商品P25,显示了这类光催化剂在光催化降解染料污水应用中的巨大应用价值。(4)通过简单的机械混合法,以草酸铁为铁源,与TiO_2按照一定质量比混合后于保护气氛下进行煅烧反应,制备了不同质量浓度的TiO_2-Fe粉末。XRD证实,所得粉末中TiO_2和铁元素分别以锐钛矿相与磁铁矿相Fe_3O_4存在。根据FESEM与TEM图像,推测所得Fe_3O_4相有可能是极其细小的颗粒,较难观察。以X3B染料为降解对象进行光催化实验,对比空白TiO_2,TiO_2-Fe质量比为200:1时催化剂的光催化性能有所提高,而后的一系列实验证实,在H2O_2存在的情况下,固载铁光催化剂的光催化性能稍弱于直接添加游离铁的体系,但前者在多次循环实验中展示了极高的稳定性及回收率。由于铁以磁性Fe_3O_4存在,使得样品可通过简单的磁力吸附回收利用。另外,固载化催化剂在反应结束后铁含量基本不变,从而不会造成水体的二次污染或产生铁泥等问题,这使其在处理染料污废水中显示出极大的应用前景。
陈恩伟[3]2006年在《镧系元素离子掺杂TiO_2材料的制备及其在光催化降解咪唑中的应用研究》文中指出工业废水中有毒杂环化合物的处理是一个具有重大实用价值的研究课题。本文在综述二氧化钛光催化剂的制备和光催化氧化处理有机废水的基础上,较为系统的研究了二氧化钛光催化剂的制备、镧系元素离子改性二氧化钛及其在光催化降解咪唑中的应用。结果表明,采用溶胶-凝胶法制备的二氧化钛光催化降解杂环化合物咪唑,具有工艺设备简单,操作条件易控制,光源的利用率高,有效降解有毒污染物和无二次污染等突出优点,具体研究内容如下: (1)以四氯化钛为原料,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2粉体,对比研究了不同的溶胶体系、焙烧温度等条件所制得的TiO_2粉体的光催化性能。结果表明,以乙醇为溶剂的溶胶体系,并在500℃空气气氛中焙烧2小时所得的TiO_2具有较高的催化活性,对咪唑的降解性能较好。 (2)为了进一步提高TiO_2的光催化活性,制备了La~(3+),Ce~(3+),Pr~(3+),Nd~(3+),Sm~(3+),Eu~(3+),Tb~(3+),Dy~(3+),Ho~(3+),Tm~(3+)等不同镧系元素离子掺杂的TiO_2光催化剂,用X-射线衍射(XRD),X-射线光电子能谱(XPS),光致发光光谱(PLS)和表面光电压谱(SPS)等表征手段对掺杂改性的TiO_2进行了表征,并且在紫外光照射下测试了其光催化性能。结果表明稀土离子掺杂可以有效提高TiO_2表面光激发载流子的分离效果,从而提高了TiO_2的光催化活性。考察了不同稀土离子浓度对掺杂TiO_2光催化剂性能的影响规律,发现不同浓度Tb~(3+)掺杂TiO_2的光催
尚小鹏[4]2012年在《纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料的制备及其在光催化降解上的应用研究》文中研究说明清洁能源和环境污染是人类目前亟待解决的重大课题,大量研究表明,水和空气中各种有毒有害的污染物,化工生产中排放的各种烷烃、芳烃以及衍生物、卤代物、多环芳烃和杂环化合物等大都能被光催化降解。因此研究开发环境友好、高性能、廉价稳定的光催化材料是十分有意义的。二氧化钛(TiO2)可以利用太阳光作为光源,具有节能和绿色环保的双重优势,在目前我国大力提倡的节能环保型社会中发挥重大作用。然而,作为宽隙半导体TiO2只能吸收紫外光,而紫外光只占太阳光的约3%,光利用效率较低,需要对TiO2修饰以调控带隙,达到响应可见光(约占太阳光45%)。石墨烯是在2004年发现的,是一种新型二维平面的单原子厚度碳纳米材料,室温电子迁移速率就有约15,000cm2V-1s-1,拉伸强度和弹性模量分别为130GPa和1TPa。在光催化领域,石墨烯基复合材料由于其独特的二维平面结构以及优异的导电性能可以提升半导体光电催化性能。本文采用溶胶-凝胶法制备了分散均匀的TiO2-GO复合材料,并在此基础上利用原料丰富的硫脲作为有机氮源和硫源制备N,S共掺杂TiO2-GO复合材料。运用XRD、TEM、 AFM、EDX、BET、UV-vis DRS、EIS等测试于段,研究制备的复合材料的性质。XRD发现N,S掺杂抑制了晶相的转变,锐钛矿相向金红石相转变发生在更高的煅烧温度。TEM. AFM结果显示TiO2颗粒大小均匀,平均粒径在15nm左右,且沿着GO的褶皱及边缘分布。BET比表面积测试表明TiO2-GO和N,S掺杂TiO2-GO均为介孔材料,N,S掺杂TiO2-GO(150m2/g)和TiO2-GO(72m2/g)相对fTiO2(45m2/g)分别具有3倍和1.5倍的比表面积。UV-vis DRS显示N,S掺杂TiO2-GO和TiO2-GO的吸收边带相对TiO2有红移现象产生,电化学结果表明N,S掺杂TiO2-GO有较低的电阻抗和较高的光电流。通过紫外吸收测试N,S掺杂的TiO2-GO复合材料的降解速率达k=0.035min-1,是TiO2光降解速率(k=0.0038min-1)的九倍和商用P25光降解速率(k=0.008min-1)的四倍。本论文还用不同的溶剂,在酸性条件下,通过溶剂热方法制备出不同形貌的金红石型TiO2,探讨了形貌、晶粒、晶型形成的原因,提出可控制备金红石型纳米TiO2的方法。
姜大为[5]2012年在《新型光催化材料的制备及其用于环境污染物降解的研究》文中研究说明随着全球工业化进程的发展,环境污染问题日益严重,环境问题已成为21世纪影响人类生存与发展的重要问题。光催化以其温室深度反应和可直接利用太阳能作为光源来驱动反应等独特性能,而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。光催化反应是利用光能进行物质转化的一种方式,是光和物质之间相互作用的多种方式之一,是物质在光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。光催化是催化化学、光电化学、半导体物理、材料科学和环境科学等多学科交叉的新兴研究领域,光催化氧化技术被认为是解决环境污染问题的最有应用前景的技术之一,已成为环境领域的研究热点。二氧化钛由于具有化学性质稳定、抗光腐蚀、无毒和低成本等优点,在光电转化和光催化领域具有广阔的应用前景。半导体Ti02是一种重要的光催化剂,被广泛的应用于光催化降解有机污染物、太阳能电池、气敏传感器、光解水制氢等。自从1972年Fujishima和Honda发现这种优良的光催化材料以来,对Ti02的研究一直就是热点。然而,Ti02是宽禁带(Eg=3.2eV)半导体化合物,只有波长较短的太阳能(λ<387nm)才能被吸收,太阳能利用率很低；此外,Ti02光生电子和空穴复合几率很高,导致其光催化效率较低。因此降低Ti02禁带宽度使吸收光谱向可见光扩展是提高太阳能利用率的技术关键。近年来,对Ti02的修饰改性主要集中在非金属掺杂、金属掺杂及半导体复合几个方面。本论文的研究主要集中在对二氧化钛的改性方面,通过半导体复合、掺杂、贵金属修饰及与石墨烯复合等方式制备出了新型的二氧化钛纳米复合材料,拓宽了二氧化钛的可见光响应范围,提高了其太阳能利用率,促进电子-空穴的有效分离,使其光催化性能得到提高。同时研究了材料对染料废水甲基橙和亚甲基的降解,取得了很好的效果。通过SEM、TEM、XRD等多种表征手段研究了材料的形貌以及晶型结构,探讨了光催化的机理。本论文内容分为以下四个部分：1绪论(第一章)本章介绍了光催化材料及光催化技术的研究进展及其在光催化降解污染物、光解水制氢气、染料敏华太阳能电池及气敏传感器等方面的应用；环境污染现状及二氧化钛纳米材料作为光催化剂在环境污染物处理方面的应用,同时指出了二氧化钛在实际应用中的问题及目前对其改性的研究,最后阐述了本论文的研究目的和意义,指出本论文的创新之处及主要研究内容。2CdS修饰的TiO2纳米管电极的制备及其对甲基橙光电催化降解的研究(第二章)本章中,首先通过阳极氧化法钛片上制备出在TiO2纳米管电极,然后通过连续沉积法将CdS修饰到电极表面,制备出了CdS修饰的TiO2纳米管电极。论文中通过外加电压,采用光电催化方法对甲基橙进行降解,研究了不同降解过程对降解效果的影响。实验结果表明,外加电压能都有效促进光生电子-空穴的有效分离,使光催化效率得到提高,证实了光电催化方法是提高材料光催化效率的一种有效方法。同时文章还对比了在可见光下TiO2纳米管电极修饰前后对甲基橙的降解效果,发现修饰后的TiO2纳米管电极降解效率得到了很大改进,说明CdS修饰的TiO2纳米管电极具有很好的可见光响应。本文也对CdS修饰的量对降解效果的影响进行了讨论。本工作通过半导体复合的方法,制备出了具有可见光响应的光催化材料,在可见光下获得很好的光催化降解效果。3氮掺杂的二氧化钛/石墨烯纳米复合材料的制备及其用于光催化降解亚甲基蓝的研究(第三章)本章中,通过对二氧化钛进行氮掺杂及与石墨烯复合的方法制备出了一种新型的光催化材料。在氯化铵溶液中水解钛酸异丙酯,得到了氮掺杂的二氧化钛材料,同时以高纯石墨为原料,采用化学氧化法制备出了氧化石墨烯材料,然后将制备的N-TiO2与氧化石墨烯材料进行复合,通过加肼还原的方法,制备出了氮掺杂的二氧化钛/石墨烯纳米复合材料。通过SEM、TEM表征了材料的形貌,紫外可见光谱证明材料具有可见光响应。在实验中我们发现,材料对亚甲基蓝具有很强的吸附性能,对提高降解效果能起到很大作用。通过对比TiO2、N-TiO2、及N-TiO2/GR的光催化性能,发现N-TiO2/GR在紫外和可见光下都具有更高的降解效率。同时本文还多石墨烯复合的量进行了讨论。本工作制备出的纳米复合材料具有可见光响应,能够在可见光下降解污染物,同时促进了光生电子-空穴的分离,提高了二氧化钛的光催化效率。本文通过采用非金属掺杂及与石墨烯复合的方法,制备出了具有可将光响应的材料,极大的提高了二氧化钛在可见光下的光催化性能。4Au/TiO2-GR纳米复合材料的制备及其用于光催化降解亚甲基蓝的研究(第四章)本章中,通过水解钛酸异丙酯得到二氧化钛,然后通过煅烧得到纳米二氧化钛晶体,以高纯石墨为原料,采用化学氧化法制备出了氧化石墨烯材料,然后将二氧化钛与氧化石墨混合,通过加肼还原的方法制备出TiO2-GR,最后采用光催化方法将HAuCl4还原到Ti02-GR上,得到Au/TiO2-GR纳米复合材料。材料对亚甲基蓝具有很强的吸附性能,可以使亚甲基蓝在降解过程中很快在材料表面达到吸附平衡,从而促进降解效率。实验对比了Ti02、Ti02-GR及Au/TiO2-GR对亚甲基蓝的降解效果,发现通过与石墨烯复合及表面沉积金,可以很大地提高二氧化钛的光催化性能。本文通过采用表面贵金属沉积及与石墨烯复合的方法,制备出了具有可将光响应并能有效促进Ti02电子-空穴对分离的材料,极大的提高了二氧化钛在可见光下的光催化性能。
章李汝华[6]2017年在《纤维素基活性炭催化纤维制备及其性能研究》文中研究表明近年来,水污染问题越来越严峻。光催化技术是一种操作简单、对环境无二次污染的降解污染废水的有效方法,特别适用于治理一些难以被生物降解的有毒有机物。二氧化钛是一种无毒,稳定性较好且具有良好光催化性能的光催化剂。它被广泛应用于环境清洁领域。但是TiO_2具有难回收、易脱落等缺点。因此将光催化剂固定化不仅可以克服悬浮相催化剂稳定性差和容易中毒的缺点,而且可以解决催化剂回收难问题。但是传统固定方法的降解效率相对降低,本文通过利用表面含有大量的活性羟基的纤维素基原材料制备微孔发达、高比表面积的纤维素基活性炭催化纤维,分别采用模板法和静电纺丝法两种方法设计出具有特殊结构的催化纤维,使复合催化剂发挥出吸附和催化的协同作用,以有效提高催化剂光降解效率,再进一步提高光催化剂制备工艺及在治理有机污水方面的研究。研究的主要内容:1.采用模板法制备纤维素基活性炭催化纤维。以纳米纤维素为模板,以TiO_2为研究对象,为了提高其比表面积,通过工艺的探索和优化,实现了高性能TiO_2纳米纤维的可控制备。首先,使用酸法在机械搅拌下水解纤维,再离心洗涤2-3次以制取纳米纤维素。并以纳米纤维素为模板,钛酸丁酯为钛源,在隔绝空气机械搅拌条件下在纳米纤维素上负载二氧化钛。制得的产物放在马弗炉里在N_2氛围中进行煅烧,使得纳米纤维素上的TiO_2,转变为具有光催化性能的锐钛矿和金红石的混合晶型。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对制备产物形态形貌进行了表征。通过光催化降解亚甲基蓝实验将产物与纯TiO_2对比,利用紫外分光光度计来检测不同时间下的降解情况,来对产物的光催化活性进行评价。并探究了在500℃-900℃内不同煅烧温度下产物的光催化活性。实验制备的纳米纤维素长度约为200 nm。实验发现煅烧之后的产物二氧化钛均匀的负载在纳米纤维素之上,呈现棒状与明显的孔洞结构有利于进行吸附降解;负载到纳米纤维素上的TiO_2,其降解性能与纯TiO_2相比有显著的提高,经过煅烧后的纳米纤维素上的二氧化钛的光催化性能更加优异,对比不同温度,得到700℃煅烧温度下制得的产物光催化性能最佳。2.通过静电纺丝技术和后续煅烧处理,制备了纤维素基活性炭催化纤维。研究了不同纤维素含量、不同电压对纺丝纤维的影响规律。以醋酸和水的混合溶液作为溶剂,钛酸丁酯作为钛源,制备得到TiO_2溶胶,然后加入适量的醋酸纤维素,得到均一的纺丝液。将纺丝液进行静电纺丝后得到醋酸纤维素/TiO_2复合纳米纤维膜,将此纤维膜再经过碱脱乙酰基处理、活化、预氧化、碳化等一系列后续处理后,最终得到纤维素基活性炭复合纳米催化纤维。表征测试结果表明:选择CA浓度为18%的溶液作为前驱体,电压为21 KV,接收距离为15 cm为静电纺丝过程参数,可以得到连续,均匀的复合纳米纤维,二氧化钛纳米颗粒均匀的分布在纤维的表面。在此基础上还研究了H_3PO_4和KOH活化处理对亚甲基蓝催化降解效果的影响。研究发现,活化能大大提高催化剂的吸附性能。3.尿素掺杂的纤维素基活性炭复合催化纤维,是在前驱体中掺入尿素对之前所制备的纤维素基纳米催化纤维进行改性,得到一种可见光催化剂材料,使其具有可见光催化活性。用不同的表征方式对所制备的催化剂材料进行表征,在可见光的条件下降解MB溶液探究其光催化性能,并进一步探讨其降解机理,为开发研究出真正应用于处理有机污染物的净化和节约能源中的光催化材料进行了有益的探究与引导。
洪永[7]2018年在《纳米TiO_2的改性制备及其光催化与光电性能研究》文中提出面临着能源短缺与环境污染两个世界性难题,人们急需开发一种新能源来缓解现在的困境,太阳能属于绿色可再生能源,拥有独一无二的优势及巨大的潜力。太阳能电池可以将光能有效地转化为电能,而光催化可以利用太阳光来降解有机污染物来治理环境。TiO_2作为一种常见的,极具潜力的半导体材料,具有物理化学性质稳定,对环境无污染,价格便宜等优点,被广泛的应用到太阳能电池,光催化,水解制氢,锂电池,传感器等众多领域。但TiO_2材料本身具有电子-空穴对易复合,光响应范围窄两个不可回避的问题,所以对TiO_2材料的改性研究一直是当前的前沿和热点课题。本文是以TiO_2纳米晶为基础,分别对其进行材料的固载、复合和掺杂等改性处理,合成了磁性Fe_3O_4固载的TiO_2(Fe-TiO_2)粉末,异质结构SrTiO_3-TiO_2纳米管阵列(ST-TNTAs)以及氮掺杂的N-TiO_2纳米棒(N-TNAs),并将其应用于降解有机染料污染物和染料敏化太阳能电池(DSSCs)。主要工作如下:(1)以四异丙醇钛为钛源,通过水解-水热法制备了纳米多孔的TiO_2颗粒,所得样品再与草酸铁按照一定质量比混合研磨后,通过煅烧合成了磁性Fe_3O_4固载的纳米TiO_2。由X射线衍射(XRD)可知,所得粉末中TiO_2为锐钛矿相,Fe_3O_4为磁铁矿相;根据场发射扫描电子显微镜(FESEM)与透射电子显微镜(TEM)图像分析可得所得TiO_2纳米颗粒尺寸在15 nm左右,生成的Fe_3O_4粒径较小难以观察。N_2等温吸附-脱附测试显示,样品的比表面积随着铁含量的升高而降低。以有机偶氮X3B染料为降解对象进行光催化实验,在H_2O_2存在的环境下,质量比为1:200的Fe-TiO_2样品获得了最显著光催化性能,推测是由于光催化与芬顿(Fenton)反应的协同作用引起的。由电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP)可知,在多次循环光催化过程中铁基本上没有损失,显示了固载铁光催化剂极高的稳定性及回收率。由于铁以磁性Fe_3O_4存在,并且紧紧地负载在TiO_2上,使得样品可通过简单的磁力吸附回收利用,既节约了资源又保护了环境。因此,以Fe-TiO_2粉末作为光催化剂在光致降解染料有机污水中展示出显著的应用价值。(2)通过三步水热法在掺杂氟的氧化锡(FTO)导电玻璃基底上原位合成了异质结构SrTiO_3-TiO_2纳米管阵列(ST-TNTAs)。通过对其晶体结构,形貌和成分的分析,发现一维金红石相TiO_2纳米管在FTO上垂直生长,并定向排列;钙钛矿型的SrTiO_3纳米颗粒成功地沉积在管的表面,尺寸在30 nm左右,形成异质结构的ST-TNTAs。分别以Ti O_2纳米棒,TiO_2纳米管和异质结构的ST-TNTAs作为光阳极组装成三明治结构的全固态DSSCs,在模拟太阳光照射下测试其光电性能。同时研究了不同Sr前驱体浓度、合成时间与温度对ST-TNTAs光电性能的影响。当SrTiO_3沉积到TiO_2表面以后,由于复合半导体的费米能级上升导致开路电压变大,与此同时短路电流和光电转化效率随锶含量的上升呈现先增加后减小的趋势。与TiO_2纳米棒和TiO_2纳米管相比,ST-TNTAs作为DSSCs光阳极时获得了最高的转化效率达到了5.42%,在可见光区域的外量子效率也是最高的,并且它的电子转移电阻最低。由此可见,ST-TNTAs不仅具有大比表面积的管状结构,而且SrTiO_3在TiO_2和光敏化剂之间充当了一种优秀的电子转移的中间介质,它们之间能带结构匹配性较好,从而增强了DSSCs的性能。(3)以钛酸四丁酯(Ti(OBu)_4)为钛源,氯化铵(NH_4Cl)为氮源,进行一步水热在FTO上合成高度有序的氮掺杂TiO_2纳米棒阵列(N-TNAs),并对样品在不同温度下进行了煅烧处理。由XRD和FESEM可知,所合成的金红石相纳米TiO_2经过氮掺杂之后,晶体结构保持不变,而且无杂质相产生。随着氮掺杂含量的增加,TiO_2纳米棒的长度和直径都出现先变大再降低的趋势。由X射线光电子能谱(XPS)可知,通过水热反应后大部分氮吸附在TiO_2纳米棒表面,进入到TiO_2晶格中的氮的量比较少,形成Ti-N-O结构。以N-TNAs作为DSSCs的光阳极,光电转化率随着掺杂量的增加呈先增高后降低的趋势,最大为3.16%,约为空白TiO_2纳米棒的两倍。经过煅烧处理之后,光电转化率进一步提高到5.32%,原因可能是煅烧使TiO_2表面的吸附氮变为了骨架氮。通过交流阻抗测试发现,煅烧过的N-TNAs作为DSSCs光阳极时电池电阻最小,证明了N-TNAs是一种优越的光阳极材料。
李翠云[8]2013年在《石墨烯基光催化剂的制备及其对甲基橙光催化降解的研究》文中认为现代工业化生产中由于多种药物、化工产品的滥用以及副产品的燃烧导致大量污染物在环境中肆意堆积，污染物化学性质稳定在环境中能够长期存在，已经严重威胁到人类的健康。光催化剂以其环境友好的特征在环保领域发挥着独特的作用。本论文针对传统光催化剂光生电子-空穴对极易复合等问题，提出以石墨烯作为光催化剂的2D载体，全面提高传统光催化剂的光催化性能。本论文采用Hummers法制备氧化石墨，在水中超声处理得到氧化石墨烯。通过FT-IR、Raman、XPS、TEM、AFM、UV-vis等手段对其微观形貌及化学结构进行表征和分析。结果表明，氧化石墨烯表面含有大量的含氧基团（羟基、羧基、环氧基等）。本论文采用原位溶胶凝胶法制备氧化石墨烯-二氧化钛（GO-TiO_2），探讨GO-TiO_2加入量、焙烧温度pH值等因素对甲基橙光催化降解的影响。结果表明，450℃焙烧2h的GO-TiO_2，当体系pH为4.0时，GO-TiO_2对甲基橙的光催化降解效果最好，光照2h降解率高达32.719%。针对传统方法制备的氧化石墨烯-氧化锌(GO-ZnO)存在复合效率低、难以有效复合等问题。本论文为提高ZnO与GO复合的效率，采用离子交换法将溶液中未与GO复合的Zn~(2+)透析至溶液外，进而采用原位均匀沉淀法制备得到GO-ZnO。通过XRD、Raman、XPS、SEM、TEM等手段对其表面结构、微观形貌、成键元素进行表征和分析。结果表明，ZnO成功的负载在GO片层上，并且复合过程中并没有改变ZnO的晶型。探讨GO-ZnO加入量、反应温度、焙烧温度等因素对甲基橙光催化降解的影响。结果表明，以GO-ZnO为光催化剂，当其在650℃焙烧3h，体系中GO-ZnO的浓度为300mg/L时，pH为4.0时，对甲基橙的光催化降解效果最好，光照2h降解率高达22.312%。针对C_(60)在光催化领域的应用时存在水溶性差等问题，本论文采用水溶性氨基酸对其化学修饰，进而采用原位复合的方法制备得到氧化石墨烯-富勒烯（GO-C_(60)）衍生物。通过FT-IR，Raman，XPS， SEM，TEM等手段对其表面其结构、微观形貌、成键元素进行表征和分析。结果表明化学修饰后的C_(60)与氨基酸的氨基形成共价连接。探讨GO-C_(60)加入量、不同pH等因素对甲基橙光催化降解的影响。结果表明，以GO-C_(60)为光催化剂，当体系所处pH=4.0时，加入0.01g/LGO-C_(60)时对甲基橙的光催化降解率可高达32.719%。
杨祝红[9]2003年在《二氧化钛晶须的制备及光催化处理废水研究》文中指出以二氧化钛为代表的纳米半导体光催化处理废水技术，尤其是在处理水中痕量难降解有机污染物方面已为世人所公认。但是要真正大规模应用还存在以下主要问题：1)TiO_2纳米颗粒的高活性与分离回收问题；2)大规模低成本的光催化剂制备问题；3)产业化过程的放大问题及处理废水的成本问题等，这些问题使得光催化技术在废水处理方面的应用一直停滞不前。 从四钛酸钾晶须前驱体出发，利用离子交换法得到的既具有微米级尺寸的形貌，又具有纳米结构的TiO_2晶须有望成为解决以上问题的新型光催化剂。 本文的主要工作是探索适合于大规模制备高质量TiO_2晶须的方法及其在光催化降解含有机污染物废水中的应用。 在TiO_2晶须制备方面，本文提出了适合于大规模生产的离子交换热力学模型，即只要控制物料的初始水合比和溶液的pH值就可达到控制固相中钾含量的目的，保证了TiO_2晶须的质量，同时解决了原模型需要在线测定溶液中K~+浓度的问题。通过模型分析和实验验证获得的结果为，平衡时固相中钛钾摩尔比随初始水合比及溶液酸性的增强而增加，提出了采用多级水合定向控制和合成TiO_2晶须的最优生产工艺。当溶液的pH值为2时，经过初始水合比分别为10倍、20倍、30倍的水三次水合后，可得到钾含量低于0.5 wt％的高质量TiO_2晶须；而原模型采用一次水合工艺，需用大约1000倍的水稀释，才能使溶液中m_(K~+)的浓度符合制备上述要求的TiO_2晶须。 在将TiO_2晶须用于废水处理方面，分别以甲基橙和氯仿作为模型代表物，研究了改性TiO_2晶须在印染废水和饮用水净化处理方面的光催化活性。 研究结果表明，经过150℃甘油热处理后TiO_2晶须的主晶相为H_2Ti_8O_(17)，比表面积为127 m~2／g，其中小于1 nm的微孔的比表面积为79 m~2／g，其光催化降解甲基橙的活性优于P25(TiO_2，Degussa公司)，但是该TiO_2晶须的光催化活性 摘 要 不能持久稳定，使用两次即失活。 TIO。晶须经铂掺杂表面改性后，光催化活性和稳定性都得到了大幅度的提 高，同时发现氧气作为反应中的电子受体，对光催化降解氯仿的效率有着极其重 要的影响。如果降解过程中没有氧气的参与，掺铂量为0．5 Wt％的TIOZ晶须对 氟仿的价解率不足25％；W同川的光训化剂，在血气气预分你听，对凤仙的！耶 价率机离达98．叩％，从汕省人勺4．5估。仆仆J条件卜止复攸川八次后，该催化剂 对氯仿的降解率仍能维持在90％以上。 发明了基于TIOZ晶须的连续光催化反应装置，并建立了相应的废水处理技 术，其特点是：废水在光反应管中以平推流方式流动，取代了传统的反应效率低 下的全混流方式，因此具有较高的反应器效率。在相同条件下，与小试装置相比， 处理废水效率提高 5倍以上。在此基础上完成了日处理 200吨印染废水处理装置 的初步设计。
刘辉[10]2011年在《可见光响应纳米Cu_2O-TiO_2材料的制备及光催化性能研究》文中认为TiO_2作为光催化领域研究最为广泛的半导体,具有无毒、稳定、廉价等优点。TiO_2存在其自身局限性,不能吸收可见光,从而限制了其对太阳能的有效利用。本论文采用窄带隙半导体Cu_2O来复合TiO_2形成半导体复合结构,提高TiO_2在可见光下的光催化活性。考察了TiO_2/Cu_2O复合光催化剂、Cu_2O-TNTs光催化剂、Ag/TNTs以及Cu_2O-Ag/TNTs光催化剂的形貌,比表面积,光谱吸收范围,可见光催化降解甲基橙的性能。本研究运用第一性原理的密度泛函理论,对TiO_2表面吸附Cu_2O团簇的能带结构、态密度以及吸收光谱进行了研究。结果发现,在复合Cu_2O后锐钛矿型TiO_2的带隙变窄。导致带隙变窄的主要原因,是由于复合Cu_2O后,在TiO_2带隙间形成新的能带,从而使TiO_2的禁带宽度变窄,理论计算结果表明掺杂后可以导致红移现象出现。通过浸渍还原法制备出了TiO_2/Cu_2O复合光催化剂。选出实验条件pH=10, CuSO4溶液浓度为0.125mol/L,Cu~(2+)/Ti~(4+)摩尔比1:2,可以制备出粒度为20-50nm、TiO_2和Cu_2O分布均匀的颗粒状TiO_2/Cu_2O复合光催化剂,在200-600nm波长范围内都有吸收,并且对甲基橙具有良好的吸附和可见光催化降解效果。避光磁力搅拌条件下研究TiO_2/Cu_2O复合催化剂对甲基橙的吸附能力,达到吸附平衡时,饱和吸附量为每克催化剂吸附0.062 g甲基橙。500W氙灯照射120min下,甲基橙催化降解率可达86%。由水热法可以制备出10nm左右,长度大约几十纳米到几百纳米,管壁厚2～3nm左右的纳米管,形貌较好,呈中空,管端开口。纳米管的比表面积从原料P25的51.75 m~2·g~(-1)升高到了240.60 m~2·g~(-1)。TNTs的吸收带边在380nm左右,表明对可见光没有吸收。在可见光照射下,TNTs对甲基橙几乎没有降解效果。采用浸渍还原法,用水合肼还原醋酸铜制备出Cu_2O-TNTs的复合材料,制备样品中在纳米管表面沉积了5-10nm的Cu_2O颗粒,得到了预想的样品形貌。并考察了搅拌时间,Ti:Cu元素比,以及前驱体对制备样品的影响。考察了可见光照射下对甲基橙的降解效果。搅拌时间6h,Ti:Cu元素比为2:1,原料选用400℃煅烧TNTs制备的Cu_2O-TNTs的复合材料比表面积可达203.45 m~2·g~(-1),光吸收范围为260-520nm,可见光照射180min下,对甲基橙溶液降解效率比TNTs和P25有明显的提高。为提高TNTs的可见光催化活性,通过光致还原和浸渍还原法制备了Ag/TNTs和Cu_2O-Ag/TNTs复合光催化剂。在可见光照射下,TNTs对甲基橙溶液几乎没有降解效果。而可见光照射下180min,Cu_2O-Ag/TNTs的降解甲基橙效率可达25%。该催化剂体系表现出比TNTs和P25高很多的可见光催化活性。纳米异质结体系光催化活性的提高可归因于其对可见光利用的增加,光生电荷分离和迁移过程的强化。三组分纳米异质结体系可见光催化过程机理为设计改性新型可见光催化剂提供了新的思路。
参考文献：
[1]. 改性二氧化钛的制备、表征及其在光催化处理染料废水中的应用[D]. 李芳柏. 华南理工大学. 1999
[2]. 特殊形貌纳米二氧化钛的光电转化及光催化性能[D]. 刘秋红. 青岛科技大学. 2017
[3]. 镧系元素离子掺杂TiO_2材料的制备及其在光催化降解咪唑中的应用研究[D]. 陈恩伟. 湖南师范大学. 2006
[4]. 纳米二氧化钛/氧化石墨烯复合材料的制备及其在光催化降解上的应用研究[D]. 尚小鹏. 湖北大学. 2012
[5]. 新型光催化材料的制备及其用于环境污染物降解的研究[D]. 姜大为. 华东师范大学. 2012
[6]. 纤维素基活性炭催化纤维制备及其性能研究[D]. 章李汝华. 浙江理工大学. 2017
[7]. 纳米TiO_2的改性制备及其光催化与光电性能研究[D]. 洪永. 青岛科技大学. 2018
[8]. 石墨烯基光催化剂的制备及其对甲基橙光催化降解的研究[D]. 李翠云. 哈尔滨工业大学. 2013
[9]. 二氧化钛晶须的制备及光催化处理废水研究[D]. 杨祝红. 南京工业大学. 2003
[10]. 可见光响应纳米Cu_2O-TiO_2材料的制备及光催化性能研究[D]. 刘辉. 中国海洋大学. 2011
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