TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究

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能源及环境是当前世界所关注的两大重点问题。作为一种先进且无污染的工艺,光催化技术已被证明在环境修复和能量转换领域非常有效。与传统的化学方法相比,光催化技术可以在无毒和无腐蚀性试剂的情况下进行。最近,据报道半导体光催化剂已应用于氧化/还原过程,例如,可以将苯甲醇选择性氧化成苯甲醛,也可将CO2还原成CO,CH4等碳氢燃料。本论文以Ti O2为研究对象,但是Ti =O2属于宽带隙(3.2 e V)半导体材料,只能吸收紫外光,对太阳光利用率极低。以及较低的光生电子和空穴的迁移率和较短的光生载流子寿命等缺点都限制了它的应用。因此,在本论文中我们对Ti O2做了一些改性并研究了其光催化性能。主要研究内容与结果如下:(1)采用两步水热法制备合成了2D-2D SnS2/TiO2纳米复合材料。为了比较Sn S2/Ti O2纳米片结构的优越性还制备了一系列的Sn S2/P25样品。使用XPS,PL,TEM,SEM和UV-Vis DRS等手段对样品进行了表征分析。实验选取光催化还原CO2为评价依据,探究了2D-2DSn S2/Ti O2复合材料在模拟太阳光作用下的光催化活性。当2D-2D Sn S2(5%)/Ti O2作为光催化剂时,CH4的产量最高,达到了23μmol/g,比P25提高了20倍。(2)在常规g-C3N4制备过程中加入硝酸处理得到氮空位g-C3N4(CNNA),采用沉淀法制备了Ti O2材料,用少量H2O2冰水浴处理Ti O2,加入CNNA得到CNNA-OTi O2无定型复合材料,通过XRD,SEM,TEM,UV-Vis DRS,FT-IR等手段对材料进行了表征分析。实验选取光催化还原CO2为评价依据,在可见光作用下,CNNA-OTi O2复合材料表现出优异的光催化活性。当可见光照射CNNA(10%)-OTi =O2复合材料1 h时,CO的产量达到了23.2μmol/g。(3)通过用H2O2对TiO2进行高温改性,会形成过量氧缺陷的二氧化钛(O2-Ti O2),产生过氧基团。其次在O2-Ti O2掺杂镍离子,形成Ni-OTi O2复合材料。使用XPS,FT-IR,UV-Vis DRS,XRD和EIS等手段对样品进行了表征分析。实验选取光催化氧化苯甲醇为评价依据,探究了Ni-OTi O2复合材料在可见光作用下的光催化活性。当Ni(1%)-OTi O2作为光催化剂时活性最高,苯甲醇的转换率达到了86%。
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