氮掺杂改性四钛酸钾光催化剂的合成及光催化性能研究-化学工程与技术专业论文.docxVIP

重庆大学硕士学位论文中午摘要 重庆大学硕士学位论文 中午摘要 摘 要 近年来，光化学、光催化以及催化化学已经成为化学学科中最活跃的研究 领域。特别是光催化领域，利用半导体光催化剂把光能转化为电能或化学能已 经成为最热门的研究领域之一。伴随着在半导体光催化剂方面的研究，有关层 状结构的化合物也引起了人们的广泛关注。研究表明，层状化合物在光催化等 催化领域具有很大的应用潜力。钛酸盐中的钛酸钾就是一种典型的半导体型的 层状金属化合物，它作为光解水的光催化材料，己有研究报道。 在本文的研究中，我们将 K2CO3 和 TiO2 通过高温固相反应制得四钛酸钾 （K2Ti4O9），四钛酸钾经酸化处理后得到四钛酸（H2Ti4O9）。利用高温固相反 应，尿素作为氮源分别对四钛酸钾（K2Ti4O9）和四钛酸（H2Ti4O9）进行氮掺 杂,反应得到氮掺杂的 K2Ti4O9 和 H2Ti4O9。采用 X 射线衍射(XRD)、红外光谱 (IR)、紫外可见漫反射光谱（UV—DRs）等方法对材料结构进行表征。X 射线 衍射结果表明四钛酸钾与尿素反应后，层间距加大，紫外可见漫反射光谱（UV —DRs）结果表明氮掺杂催化剂可见光光波段光吸收能力明显增强，通过红外 光谱(IR)发现氮掺杂过后，N 确实与钛酸钾骨架发生了化学作用。 利用自行设计的反应器，研究了氮掺杂催化剂对亚甲基蓝模拟染料废水的 处理，取得了较好的去除效果。研究了不同氮掺杂改性温度对 K2Ti4O9 在紫外 及可见波段下催化活性的影响，同时也考察了氮掺杂之前洗涤与否对氮掺杂催 化剂催化活性的影响，并通过其亚甲基兰的光催化降解分析其光催化性能变化, 通过紫外可见漫反射光谱（UV—DRs）表征了不同温度下氮掺杂催化剂样品 的吸光能力变化。 将制备的氮掺杂四钛酸钾（N-K2Ti4O9）做催化剂制成薄膜光电催化电极， 通过降解亚甲基蓝来测试催化活性，研究催化剂在光电催化方面的应用潜力。 结果表明：氮掺杂改姓焙烧温度对N掺杂也具有相当重要意义，不同温度 掺杂催化剂颜色明显不同，对光的吸收及光催化活性相差明显：氮掺杂后催化 剂呈黄色，对可见光波段吸收能力明显增强；N掺杂钛酸盐的可见光活性强于 其对应的四钛酸。N-K2Ti4O9薄膜光电催化降解亚甲基蓝的效率要明显高于其 光催化降解的效率。与光催化相比，N-K2Ti4O9薄膜光电催化对亚甲基蓝的催 化降解更加地彻底，不仅破坏其发色基团，而且分解其苯环共扼体系。 关键词：四钛酸钾,四钛酸,氮掺杂,尿素,光催化剂,光电催化 I 重庆大学硕士学位论文英文摘要 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 II II ABSTRACT In recent years, photochemistry, photocatalysis and catalytic chemistry have been the most active research areas, especially in the photocatalysis field, the light energy transformation into electric energy and chemical energy. Research has shown that layered compound has great potential in catalysis such as the photocatalysis field. Potassium titanate is a typical semiconductor-based layered metallic compound. It has been reported as a photocatalyst for water splitting. In this study, precursor potassium tetratitanate (K2Ti4O9) was prepared the by solid-phase reaction between K2CO3 and TiO2. Protonic layered tetratitanate(H2Ti4O9) was obtained by subsequent acidification of K2Ti4O9 with HCl (1M) solution. The nitrogen-doped photocatalyst was obtained by solid state reaction between H2Ti4O9 and urea, which was served as the source of nitrogen. X-ray diffraction (XRD), infrared s