复合纳米二氧化钛的制备及光催化性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:nwpucoder
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随着资源的过度开发和利用,由此而带来的环境问题越来越严重。在此背景下,光催化技术成为解决这一问题的重要途径之一,得到广泛应用。二氧化钛由于无毒、化学稳定好、耐腐蚀等特点,成为被广泛研究的光催化材料。但是,二氧化钛的量子效率低、太阳能利用率低等技术难题,限制了其应用。本文主要研究了乙二醇和钛酸四丁酯制备多孔化、纳米化、复合化的二氧化钛工艺,旨在研究新工艺、新方法在二氧化钛制备和复合上的应用,拓展二氧化钛的应用范围。通过对其微观组织、结构及性能的分析、研究、讨论与总结,主要得出以下结论:(1)通过合成中间体乙二醇钛辐照-煅烧后制备多孔二氧化钛。制备的多孔二氧化钛是微米级的棒,具有纳米级的孔和较大的比表面积。纳米级的孔属于非堆积孔,其比面积为92.3 m~2/g,平均孔径4.9 nm,从而制备的多孔二氧化钛具有较强的吸附能力和沉降性能,且对光生载流子复合机会几率更低,甲基橙降解性能优异。此外,掺杂氮原子对乙二醇钛的结晶性有影响,同时破坏乙二醇钛中的Ti-O-Ti键;当掺N量为0.25%时,多孔二氧化钛可见光下的光催化性能最优,且优于P25,但是其可见光催化的性能提高有一定的局限性。(2)首次提出低温一步法制备纳米锐钛矿型二氧化钛,粒径为5 nm左右,晶体结构为纳米晶混合一定比例非晶体,比表面积为504.4 m~2/g,其甲基橙降解性能和循环稳定性与P25相近。该制备工艺具有制备温度低、短时间、不需要煅烧和高压反应器环境等优点,有利于进一步推进二氧化钛光催化剂的应用。在此工艺基础上,成功制备出二氧化钛薄膜,厚度在300 nm左右,表面粗糙度为13.6nm,煅烧后二氧化钛薄膜的结合力提高,致密性增加,其光电流进一步提高。此外,通过二氧化钛与碳纳米管的复合,使其禁带宽度有所降低,大大降低了电子-空穴复合的几率,从而形成异质结,其可见光和紫外光下甲基橙降解性能最优,优于商用P25。(3)以硝酸银和磷酸氢二铵为原料制备磷酸银,研究制备温度、稀硝酸和氨水加入量对制备磷酸银形貌和性能的影响。制备的磷酸银解决了磷酸银对阴离子型降解物降解能力差的问题;从微观形貌上分析,磷酸银的形貌和颗粒尺寸共同影响其光催化性能;从晶体结构上分析,磷酸银的光催化性能主要取决于(110)晶面。通过磷酸银与二氧化钛的复合,其电子-空穴的复合几率降低,其光催化性能有所提高;经过KH-570改性后,其光催化性能进一步提高,循环稳定性进一步增加,循环三次后可见光下甲基橙的降解率仍保持90%以上。(4)采用辐照化学镀方法成功在二氧化钛表面包覆了镍磷合金,比电容达到了562 F/g,呈现法拉第赝电容特性;经过两千次的循环充放电,其电容仍保持在80%左右,其电化学稳定性较好。镍磷包覆二氧化钛作为法拉第赝电容,一定程度解决了内阻较大、电化学活性较差的问题,但辐照化学镀的工艺稳定性及后续性能的提高还需要做进一步的研究。本文有图90幅,表9个,参考文献138篇。
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