掺杂纳米TiO_2制备及其选择性光催化研究

【摘要】随着工业文明的长足发展与社会的日益进步，环境能源问题成为21世纪首待解决的问题，严重制约了人类文明的可持续发展。光催化是指半导体利用太阳能，将自身激发的电子空穴移动到催化剂表面形成的羟基等自由基与有机物发生氧化反应，降解有机污染物，因为此催化方法是应用半导体粉末或者颗粒，效率高且不会造成二次污染，是环境治理的新方向。相比于其他光催化合成改性工作，选择性光催化是新世纪的最具挑战的难题之一，既可以用于一般污染物处理，也可以获得中间产物及混合污染物筛选，目前该方向研究稀少，因而此课题具有重大研究价值。过渡金属氧化物TiO2具有无毒无害、催化效率高，自身稳定性好，成本低廉等优点，是一种较为理想的光催化剂材料，具有巨大的应用前景，因而引起了研究者的巨大兴趣。TiO2虽然已经有几十年的研究历史，但和一些其他光催化剂相比仍然是最有应用前景的光催化材料。本课题应用水热法制备不同晶相和晶面暴露的催化剂TiO2，其中以Ti3N4为Ti的提供源，用氟处理催化剂的表面，乙醇(C2H5O)作为C源，HNO3作为氧化剂，还有金属Mo作为掺杂金属，分别制备出了N掺杂金红石相TiO2，C-N共掺杂锐钛矿TiO2和N-Mo共掺杂金红石相的TiO2催化剂，采用XRD、SEM、TEM、HRTEM等表征方式，实现对催化剂表征结构、吸附方式的研究。通过调控其表面不同吸附原子和通过使TiO2晶相发生变化来实现光催化选择性。实验研究选择性光催化甲基橙（MethylOrange）和亚甲基蓝（Methyleneblue）有机染料，记录催化过程，使用紫外可见分光光度计（UV-Vis）分析其在紫外-可见光段的吸收谱变化，通过对比实验，可以计算出选择性光催化速率之比，分析得出选择性催化实现的机理与改进方案。研究内容得出一些新的结果：前期一些科学发现和文献都研究出锐钛矿TiO2有很强的选择性光催化的特性，而金红石相没有被充分研究发现，课题通过制备N掺杂金红石相TiO2，得到新的选择性光催化研究结果。课题进一步研究光催化不同晶相与表面吸附不同原子及基团对表面吸附与化学行为的影响，提出TiO2表面原子与有机物作用的机制与模型，揭示TiO2表面晶格、吸附原子与基团、降解物分子三者之间的关系与作用规律，通过调控其表面结构与化学态实现TiO2的选择性光催化，为探索新的选择光催化途径提供实验和理论依据。
【作者】付伟；
【导师】季振国；张峻；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】TiO2；水热法；光催化；表面吸附；选择性；MB；MO；

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