晶型可控的纳米TiO的制备及其可见光催化性能研究

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近年来,半导体光催化剂在水和空气中的污染物降解方面的应用引起了各国研究者极大的兴趣.在众多半导体光催化剂中,二氧化钛因其光催化活性高、稳定性好而备受关注. 本文以钛酸丁酯为原料,在酸性条件下,通过醇盐水解溶剂热法可控地合成了具有较高比表面积的金红石型和锐钛矿型混合晶型的纳米TiO<,2>粉体.研究了反应条件对产物晶型的影响规律,并探讨了晶型控制合成的反应机理.分析了金红石型和锐钛矿型TiO<,2>混晶相在可见光下具有优良光催化活性的原因和光催化的反应机制. 论文主要研究了水酯比,反应合成温度和时间对二氧化钛晶相组成和晶粒尺寸的影响.结果表明,水酯比是影响样品相组成的重要因素,随着水酯比的增加,样品中金红石型二氧化钛的含量增加,在水酯比大于30:1的情况下,金红石含量和水酯比的增加成线性关系,可以通过对反应体系水酯比的控制来达到晶型调控的目的.反应合成温度的提高和时间的延长都会使样品中金红石型二氧化钛的含量增加,晶粒尺寸也随之增大. 研究认为,混晶相的形成和反应体系中TiO<,6>八面体生长基元的种类以及排列方式有关.在不同的反应条件下,产生的生长基元种类不同以及羟聚、氧桥化反应程度不同,使得反应中金红石型和锐钛矿型晶核的形成难易程度有所变化,导致样品中晶相组成及晶粒尺寸的变化. 研究发现,合成的TiO<,2>样品均具有较高的可见光催化活性.在波长大于450nm的可见光照射下降解甲基橙,光照30min的降解率最高可达89.9﹪.通过对纳米Ti02表面状态以及光吸收特性的研究,分析了这种新型光催化剂在提高量子效率和拓展可见光响应范围两方面所具备的优势.研究了在可见光激发条件下,金红石相和锐钛矿相之间的电荷转移过程,总结了混晶相TiO<,2>在可见光作用下的对光催化活性产生影响的协同作用机制.
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