小尺寸中空二氧化鈦納米材料的制備、摻雜改性及光催化性能研究

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1、分類號(hào)：TQ134.1+1單位代碼：10183研究生學(xué)號(hào)：2015432032密級(jí)：公開吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）小尺寸中空二氧化鈦納米材料的制備、摻雜改性及光催化性能研究Preparation,DopingModifiedandPhotocatalyticPerformanceResearchofSmallSizeHollowTiO2Nanomaterials作者姓名：郝翠玉專業(yè)：材料學(xué)研究方向：納米材料指導(dǎo)教師：梁繼才教授培養(yǎng)單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院2018年5月—————————————————————小

2、尺寸中空二氧化鈦納米材料的制備、摻雜改性及光催化性能研究—————————————————————Preparation,DopingModifiedandPhotocatalyticPerformanceResearchofSmallSizeHollowTiO2Nanomaterials作者姓名：郝翠玉專業(yè)名稱：材料學(xué)指導(dǎo)教師：梁繼才教授學(xué)位類別：工學(xué)碩士答辯日期：年月日未經(jīng)本論文作者的書面授權(quán)，依法收存和保管本論文書面版本、電子版本的任何犟位和個(gè)人，均不得對(duì)本論文的全部或部分內(nèi)容進(jìn)行任何形式的復(fù)制、修改、

3、發(fā)行、出租、改編等有礙作者著作權(quán)的商業(yè)性使用（但純學(xué)術(shù)性使用不在此限）。否則，應(yīng)承擔(dān)侵權(quán)的法律責(zé)任。吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明：所呈交學(xué)位論文本人鄭重聲明，是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中己經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果＾對(duì)本文的研宄做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均己在文中以明確方式標(biāo)明。。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)學(xué)位論文作者簽名：猶玉曰期：年６月彳曰摘要小尺寸中空二氧化鈦納米材料

4、的制備、摻雜改性及光催化性能研究摘要隨著人類社會(huì)的發(fā)展，越來越多的人意識(shí)到能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的重要性。光催化降解技術(shù)作為一種綠色、環(huán)境修復(fù)科技應(yīng)運(yùn)而生。光催化技術(shù)的核心是光催化劑。在常溫常壓下，二氧化鈦（TiO2）受到一定波長(zhǎng)的光照，就可以將有機(jī)污染物降解為低毒性的小分子有機(jī)物或者二氧化碳和水，因而它被稱為理想的光催化劑。中空TiO2納米材料相較傳統(tǒng)TiO2具有更高的比表面積和光電活性。目前，常用的中空TiO2的制備方法是模板法和溶劑熱法，這兩種方法制得的中空TiO2的球徑通常大于100nm，比表面積較小。TiO2還

5、存在很多缺點(diǎn)，例如低的太陽(yáng)光利用率和高的光生電荷復(fù)合率等。這極大地限制了TiO2在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。本文通過摻雜改性，來提高中空TiO2的光催化性能，主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）以硫酸鈦為鈦源，利用共沉淀法和水熱法相結(jié)合，成功制備了小尺寸的中空TiO2納米材料。制得的中空TiO2的粒徑約為10-20nm，壁厚約為2-5nm。與傳統(tǒng)制備方法相比，該工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：減少了模板涂覆和模板去除過程；制得的產(chǎn)物粒徑小、比表面積大、成分純凈；制備過程未使用有機(jī)物、對(duì)環(huán)境無(wú)污染。最終產(chǎn)物晶型為銳鈦礦和青銅礦（TiO22(B)），比表

6、面積約為114m/g。實(shí)驗(yàn)中以亞甲基藍(lán)為降解物，探究TiO2在兩種光源（紫外光和模擬太陽(yáng)光）下的光催化性能。（2）通過非金屬摻雜，選取三聚氰胺為摻雜劑進(jìn)行水熱階段摻雜，制備了不同比例氮摻雜的二氧化鈦（N-TiO2），以此來探究N摻雜對(duì)中空TiO2光催化性能的影響，得到結(jié)果如下：在兩種光源下，N摻雜均提高了樣品的光催化性能且均在N:Ti的摩爾比為1:1時(shí)達(dá)到最大的降解率；紫外光下的降解率（98.57%）比純TiO2提高了27.55%，模擬太陽(yáng)光下的降解率（98.54%）比純TiO2提高了13.67%。通過XRD、SEM

7、、TEM、EDS、N2吸脫附、UV-vis等表征測(cè)試，對(duì)N摻雜提高TiO2光催化性能的原因進(jìn)行了分析。（3）通過金屬摻雜，分別選取典型的過渡族金屬-鈷和稀土金屬-鈰，以硝酸鈷和硝酸鈰為摻雜劑，采用不同摻雜方法（共沉淀階段摻雜和水熱階段摻雜），制備了不同比例鈷摻雜的二氧化鈦（Co-TiO2）和不同比例鈰摻雜的二氧化鈦I吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文（Ce-TiO2），以此來研究鈷或鈰摻雜對(duì)中空TiO2光催化性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水熱階段摻雜優(yōu)于共沉淀階段摻雜。在紫外光下：0.5%Co-TiO2具有最大的降解率（82.44%）

8、，比純TiO2提高了11.42%；1%Ce-TiO2具有最大的降解率（95.20%），比純TiO2提高了24.18%。在模擬太陽(yáng)光下：鈷離子摻雜降低了樣品的光催化活性；0.5%Ce-TiO2具有最大的降解率（98.81%），比純TiO2提高了13.94%。通過XRD、SEM、TEM、EDS、N2吸脫附、UV-vis等表征測(cè)試，分析了產(chǎn)物光催化性