改善纳米tio2光催化性能的新策略探索及其机制研究物理化学专业论文.docxVIP

分类号U 分类号 U D C 密级 公 无 舅翥庐夕擎 硕士研究生学位论文 改善纳米T i 02光催化性能的新策略探索 及其机制研究 申请人： 崔海琴 学 号： 2121190 培养单位： 化学化工与材料学院 学科专业： 物理化学 研究方向： 光功能纳米材料与光催化 指导教师I 井立强教授 完成日期i 2015年3月25日 万方数据 中文摘要中文摘要 中文摘要 中文摘要 Ti02作为常用的半导体光催化剂的一种，以其特有的物理化学性质成为了科 学研究的热点。但是，作为光催化剂使用，Ti02存在两个限制因素：一方面，大 量光生载流子的迅速复合，使Ti02的光生电荷分离效率较低。因此，通过修饰改 性来提高光量子效率是非常必要的。另一方面，Ti02的宽带隙能使其只能吸收短 波长的紫外光，为了实现Ti02的太阳光利用率，调控带隙结构是一种行之有效的 策略。基于以上分析，本论文首先探索合成具有不同晶相组成的Ti02纳米粒子， 重点探讨表面的氯离子对Ti02的光电化学性能的影响：另外，通过高温氢还原、 表面H3P04修饰的改性方法，使Ti02光谱吸收向长波长光子移动的同时改善光生 载流子分离效率，并对其光催化活性提高的机制进行揭示。具体实验内容如下： 首先，利用低温盐酸调控的溶胶．水热方法合成出具有不同晶相组成的纳米 Ti02粒子，探索HCI的加入量对晶相形成的影响以及提高Ti02的光电化学性质及 产氧活性的主要因素，揭示其机制。实验结果表明：适量盐酸调控制备的棒状形 貌的纯金红石相Ti02样品表现出很好的光电化学性能。光催化活性提高的机制是： 表面Cl‘具有很好的捕获光生空穴的能力，能够改善催化剂的电荷分离效率， 使·OH的产量增多，从而使其光电化学性能及析氧性能提高。 然后，将上述合成的棒状金红石相Ti02样品进行高温氢还原的改性处理，重 点研究催化剂的可见光吸收及对光催化活性的影响。结果表明：高温氢还原使样 品的光学吸收红移，催化剂由白色转变为灰蓝色，且适当时间的氢还原有利于光 生电荷的分离，拓展了样品的光学吸收，这主要与掺杂的Ti3+／氧空位有关，Ti计／ 氧空位的存在使导带底下方引入了适当位置的缺陷能级。进一步H3P04修饰，使 样品表面的．OH对氧气吸附能力增强，增多光生电子被氧捕获的几率，改善光生 电荷的分离效率，提高其光催化性能。 本文，为设计合成具有良好的环境污染治理的光催化剂提供可借鉴的方法。 关键词：金红石Ti02；氯修饰；氢还原改性：电荷分离；光催化 万方数据 黑龙江大学硕士学位论文Abstract 黑龙江大学硕士学位论文 Abstract As a kind of semiconductor photocatalysis，the physical and chemical properties of nano．TiO，differ from the other numerous semiconductor,has become a hotspot in scientific field．However,Ti02 have been restricted for two points as photocatalyst．On the one hand，the recombination of photocharges is high，leads to a low photocharge sepration efficiency．It is necessary to improve the quantum efficiency of Ti02 by modification．On the other hand，Ti02 can only adsorb the UV light because the wide bandgap．One of the most effective tactics is to tune the bandgap in order to use the solar energy．Based on this，nanosized Ti02 with cantaining different contents of ruffle phase were synthesized，and focus on the influence of surface chloride to the resulting futile Ti02．Further subject to hydrogenation treatment to expand the visible region absorption，then modified by H3P04 to promote the ability of o