TiO2納米光催化劑的改性研究

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1、碩士學(xué)位論文Ｔｉ０２鈉米光傕化剎的故性研光楊柳指導(dǎo)教師：周蕓教授專業(yè)名稱：光電材料化學(xué)研究方向：Ｔｉ０２光催化二〇一八年六月獨創(chuàng)性聲明木人聲明所Ｍ交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研宂成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得重慶師范大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期年＾曰７學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位

2、論文作者完全了解重慶師范大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人桴權(quán)重慶師范太學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。學(xué)位論文作者簽名：簽字曰期月曰６７重慶師范大學(xué)碩士學(xué)位論文TiO2納米光催化劑的改性研究碩士研究生：楊柳指導(dǎo)教師：周蕓教授學(xué)科專業(yè)：光電材料化學(xué)所在學(xué)院：化學(xué)學(xué)院重慶師范大學(xué)2018年6月AThesisSubmittedtoChongqingNormalUniv

3、ersityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterStudyonModificationofTiO2nano-photocatalystCandidate：LiuYangSupervisor：YunZhouProfessorMajor：OptoelectronicMaterialsChemistryCollege：CollegeofChemistryChongqingNormalUniversityJune，2018重慶師范大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要TiO2納米光催化劑

4、的改性研究摘要納米級的TiO2光催化劑有著光催化活性高、反應(yīng)選擇性低、造價低廉、無毒無害等優(yōu)點，是研究最為廣泛的過渡金屬半導(dǎo)體光催化材料之一。然而，就TiO2光催化劑而言，有幾個致命缺點制約著光催化技術(shù)的大規(guī)模商業(yè)化和工業(yè)化應(yīng)用。首先TiO2禁帶寬度較大(銳鈦礦型：3.2eV，387nm；金紅石型：3.0eV，411nm)，僅能吸收利用太陽光中含量為3%~5%的、波長不大于387nm的紫外光；再者TiO2的量子效率低(不到5%)，同時在處理工業(yè)廢氣和廢水時，TiO2納米粒子很難固定和回收，尤而且還很容易失活。為了將TiO2催化劑的光響應(yīng)范圍拓

5、寬到可見光區(qū)和抑制光催化過程中光生電子-空穴對的復(fù)合、提高量子效率，本論文主要做了如下三個方面的工作：1.運用原子層沉積(ALD,atomiclayerdeposition)技術(shù)制備了TiO2量子點/石墨烯復(fù)合材料(TiO2QDs/G)，其催化活性達到商業(yè)P25TiO2的2倍，同時，通過在TiO2和石墨烯之間添加Al2O3ALD絕緣層驗證了界面電荷轉(zhuǎn)移機理。當(dāng)石墨烯表面被超薄TiO2ALD薄膜均勻覆蓋時，來自紫外線的高能量光子將電子從價帶激發(fā)到銳鈦礦TiO2的導(dǎo)帶，由于石墨烯的二維π-共軛結(jié)構(gòu)，該電子可以從銳鈦礦TiO2導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到石墨烯片上。

6、同時，石墨烯具有優(yōu)異的電子傳導(dǎo)性，可以快速轉(zhuǎn)移和分離電荷，抑制光生電子-空穴對的復(fù)合，從而提高了TiO2量子點/石墨烯復(fù)合材料光催化效果。2.利用ALD技術(shù)將二茂鎳接枝在P25表面并用水合肼進行部分還原，得到表面具有Ni-O活性位點的TiO2光催化劑。通過ALD技術(shù)在TiO2表面形成的NiO活性物種可以極大地影響與之相鄰的TiO6正八面體的局域電子結(jié)構(gòu)，從而在TiO2表面形成一個“p型區(qū)”。p型的NiO與n型的TiO2可以在兩者的界面形成內(nèi)建電場，由于光照下TiO2產(chǎn)生的光生電子要遠遠多于Ni-O活性物種所產(chǎn)生的電子，一部分電子就可以通過內(nèi)建

7、電場的Ni-O-Ti結(jié)傳遞到Ni-O活性物種上，有效地抑制了光生空穴-電子對的復(fù)合，從而促進了光生載流子的定向轉(zhuǎn)移，使TiO2的光催化活性得到提高。3.利用溶膠凝膠法制備了Ni摻雜與Ni、N共摻的TiO2納米光催化劑。紫外光下，適宜濃度的Ni摻雜在TiO2帶隙的中間部位形成了Ni的雜質(zhì)能級(impurityenergylevels,IELs)，雜質(zhì)能級可以降低電子躍遷所需的能量，使價帶中的電子很I重慶師范大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要容易就被激發(fā)導(dǎo)激發(fā)到IELs進而傳遞到導(dǎo)帶上，從而提高了TiO2紫外光下的光催化活性；而摻N會在O2p價帶下方產(chǎn)生鍵

8、合態(tài)，在TiO2能帶底部產(chǎn)生反鍵合態(tài)，形成部分占據(jù)的、幾乎不與TiO2的能級相互作用的雜質(zhì)能級，使得TiO2的光催化活性反而下降；Ni、N共摻雜能夠產(chǎn)生非常集中的雜