黑TiO2的制备及其光催化性能研究论文答辩演示幻灯片.pptxVIP

2017-6-14 1 黑TiO2的制备及其光催化性能研究 姓 名：王佳瑶 专 业：环境工程 指导教师：张秀芳 2 论文章节 结论 实验机理 实验结果和讨论 实验内容 选题的研究目的及意义 3 1. 论文研究背景、目的与意义 TiO2光催化材料的优缺点 1. 原料来源丰富，廉价。但光致电子和空穴的分离转移速度慢，复合率高，导致光催化量子效率低 2.光催化活性高（吸收紫外光性能强;禁带和导带之间能隙大；光生电子的还原性和空穴的氧化性强）。只能用紫外光活化，太阳光利用率低 3.化学性质稳定（耐酸碱和化学腐蚀），无毒。但粉末状TiO2在使用的过程中存在分离回收困难等问题 4 1. 论文研究背景、目的与意义 目的与意义： 随着社会的发展和能源的消耗，环境污染问题越来越严重，半导体光催化剂是是解决问题的有效途径，二氧化钛，无毒、多功能半导体材料，有效利用紫外线等优良性能。然而，由于其高带隙宽度（锐钛矿3.2eV）和快速电子空穴复合率，其光催化性能非常有限，黑色二氧化钛的出现大大改善了传统二氧化钛这两个缺点，而两者的结合可以大大提高简单材料的光催化性能和光催化效应。 5 2. 实验内容 70ml去离子水 0.7g抗坏血酸 搅拌10min 混合溶液 加入3.1ml TiCl3溶液   180℃条件下水热反应12h 离心，水洗，醇洗   干燥80℃，8h     研磨得黑TiO2   黑TiO2的制备流程图 6 2. 结果与讨论 纯相TiO2和黑TiO2的XRD对比图 图上无孔纯相TiO2的衍射峰强比多孔黑TiO2稍高一些，这表明无孔纯相TiO2的结晶度比多孔黑TiO2稍强一些。 2. 结果与讨论 7 图（a）是在5.8mm×11.00k下的无孔纯相TiO2的形貌图；图（b）是在 5.8mm×5.5k下的多孔黑TiO2的形貌图；图（c）是黑TiO2的形貌图；图（d）是能谱仪图 从图(a)(b)中可以看出样品纯相TiO2和黑TiO2的形态为长方体，粒径都小于10nm，随着颜色的变化，黑TiO2粒径减小，从图(c)可以看出黑TiO2形貌图呈现出多孔结构。从图(b)和(d)可以得出黑TiO2样品经过在抗坏血酸的还原条件下，样品晶体表面出现了较厚的无序外壳结构，由于表面缺陷所形成的无序外壳使其样品由白色变为黑色。图(d)为黑TiO2的EDS图，通过EDS可以间接的证实黑TiO2仅仅是由Ti和O组成，暗示了TiO2核周围呈现表面缺陷结构的TiO2。 8 2. 结果与讨论 纯相TiO2和黑TiO2的DRS谱图 可以看出纯相TiO2的吸收光谱只存在于紫外区，可见区域内没有明显的吸收。相比于纯相TiO2，黑色TiO2光催化剂的吸收带大于420nm，比纯相TiO2大，其吸收范围扩展到可见区域。结果表明，掺杂Ti3+的存在大大提高了可见光的吸收，使黑TiO2在可见光下具有更好的光催化性能。 9 2. 结果与讨论 无孔纯相TiO2和多孔黑TiO2的N2吸附脱附等温曲线和孔径分布 添加抗坏血酸有利于孔结构的形成，为转移反应物提供方便、有效的途径，比表面积增大后，提供更多的反应空间，光生载流子容易扩散，有利于电子—空穴的传递，进而光催化性增强。 10 2. 结果与讨论 纯相TiO2和黑TiO2的光催化降解效率光谱图 多孔结构能大大提高其光催化性能。是因为多孔结构提供了孔道，大大增加了黑TiO2的比表面积，更多孔道作为光子捕获路径，让更多光子分布到光催化剂颗粒表面上，促进光子吸收，进而提高光催化剂吸光性。另外，黑TiO2的无序结构捕获光生电子提供空穴，能够提高多孔黑TiO2的光催化活性。 11 3. 复合实验 黑TiO2的复合 12 不同反应温度条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征 不同反应温度制备的黑TiO2复合体的XRD图 在不同温度条件下复合形成的黑TiO2复合体，他们的衍射峰和黑TiO2和纯相TiO2的特征衍射峰位置相同，温度改变，出峰位置并不会偏移。复合体的衍射峰的峰值明显高于B-TiO2和W-TiO2，衍射峰变得更加尖锐。而且，各个B-TiO2/W-TiO2复合材料的衍射峰，都比黑TiO2的衍射峰高。 16 不同反应PH条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征 不同反应PH制备的黑TiO2复合体的XRD图 在不同PH条件下复合形成的黑TiO2复合体，他们的衍射峰和黑TiO2和纯相TiO2的特征衍射峰位置相同，PH改变，出峰位置不会随之偏移。随着PH的增加，复合体的衍射峰的峰值随之增加，衍射峰变得更加尖锐。而且，各个B-TiO2/W-TiO2复合体的衍射峰