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二氧化钛基纳米材料的结构调控及光催化性能研究

2020-12-02阅读(293)

二氧化钛基纳米材料的结构调控及光催化性能研究

论文摘要

近年来,随着社会经济的迅速发展,能源短缺与环境污染问题日益严重。光催材料能将可再生的太阳能转化为人类所需的化学能,从而实现清洁能源的制备污染物的降解。因此,寻找高效、清洁的光催化剂体系成为解决上述问题的重要设。本论文围绕二氧化钛基纳米材料的结构调控及光催化性能的优化开展研究,要研究内容及创新点概括如下:采用热注射法成功合成了一种新型的层次结构TiO2纳米材料,研究了其形成机并实现了其结构与光催化性能的调控。F-是该结构形成及调控的关键:首先,F-离子作为表面活性剂诱导了定向堆积（Oriented Attachment）过程,促使层次结构形成;其次,F元素作为掺杂元素引起了 TiO2纳米材料晶格中氧空位及Ti3+的形成,从而改变了TiO2纳米材料的电子结构。通过改变反应体系中钛源、NaF的用量及反应温度等参数,可以实现纳米TiO2层次结构及F元素掺杂状态的有效调控,从而改变了材料的比表面积、光学带隙和缺陷浓度等重要因素。通过实验参数的调节可以使上述因素达到平衡,所得的树枝状结构TiO2纳米材料的光催化制氢性能最佳,制氢速率达到2033.6μmol·g-1·h-1。采用种子辅助生长法在F离子和Cl离子诱导下合成出了不同纳米结构的TiO2料,并优化了其光催化性能。以F离子作为表面活性剂及掺杂剂,利用种子辅助生长法制备出了“核-天线”及“立方块”等特殊结构的TiO2纳米材料。研究了其形成机理,证明F元素的用量对最终产物的形貌及电子结构具有决定性作用。不同纳米结构的TiO2材料具有不同的比表面积、光学带隙和电子结构,由于这些因素的协同作用,“核-天线”结构的TiO2纳米材料表现出更加优异的光催化性能。将种子辅助生长法拓展到C1离子作为表面活性剂及掺杂剂的体系,经过二次生长后的TiO2纳米材料表现出更加优异的光催化降解性能和光催化制氢性能。设计并构筑了Z型结构的Ti02-Ag@Cu20纳米复合材料,其光催化性能有了较改善,在此基础之上通过进一步优化Ti02纳米材料形貌,极大地提高了光催化氧效率。（?）设计并合成了 TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料,并对材料进行了详细的表征。研究表明TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料具有较宽的光谱吸收范围和较小的光生载流子复合效率,对光催化性能的改善有非常重要的积极作用。以基于类球形Ti02纳米材料的体系作为研究对象,可发现TiO2-Ag@Cu2O的光催化制氢性能有了较大提高,是类球形TiO2纳米材料的125倍。（?）以不同形貌的TiO2纳米材料作为基础制备出了不同结构的TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料,其中基于棒状Ti02的TiO2-Ag@Cu2O复合体系表现出更加优异的光催化制氢性能,其产氢速率高达1861.3μmolg-1·h-1,是基于类球形Ti02纳米材料的Ti02-Ag@Cu20性能的近10倍。本文中有图104幅,表13个,参考文献355篇。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 序言
  • 1 前言
  •   1.1 研究背景
  • 2的晶体结构与基本性质'>  1.2 TiO2的晶体结构与基本性质
  • 2光催化性能的影响因素'>  1.3 纳米TiO2光催化性能的影响因素
  •     1.3.1 能级结构
  •     1.3.2 形貌
  •     1.3.3 光强
  •     1.3.4 温度
  •     1.3.5 氧空位
  •     1.3.6 牺牲剂
  • 2光催化性能的优化策略'>  1.4 纳米TiO2光催化性能的优化策略
  •     1.4.1 调节pH值
  •     1.4.2 金属掺杂
  •     1.4.3 非金属掺杂
  •     1.4.4 染料敏化
  •     1.4.5 与其它半导体复合
  •     1.4.6 构建三元体系
  •   1.5 研究内容和意义
  • 2层次结构的调控及光催化制氢性能的研究'>2 纳米TiO2层次结构的调控及光催化制氢性能的研究
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 实验材料
  •     2.2.2 实验方法
  •     2.2.3 材料表征
  •     2.2.4 光催化制氢性能测试
  •   2.3 结果与讨论
  • 2纳米材料的表征'>    2.3.1 层次结构TiO2纳米材料的表征
  • 2纳米材料的形成机理'>    2.3.2 层次结构TiO2纳米材料的形成机理
  •     2.3.3 层次结构Ti02纳米材料的结构调控
  • 2纳米材料的光催化性能研究'>    2.3.4 不同层次结构TiO2纳米材料的光催化性能研究
  •   2.4 本章小结
  • -和Cl-诱导的TiO2纳米材料结构调控及光催化性能研究'>3 F-和Cl-诱导的TiO2纳米材料结构调控及光催化性能研究
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 实验材料
  •     3.2.2 实验方法
  •     3.2.3 材料表征
  •     3.2.4 光催化性能研究
  •   3.3 结果与讨论
  • -诱导下的TiO2纳米材料的合成与表征'>    3.3.1 F-诱导下的TiO2纳米材料的合成与表征
  •     3.3.2 种子辅助法可控制备TiO2纳米材料
  • 2材料的光催化降解性能的研究'>    3.3.3 不同纳米结构的TiO2材料的光催化降解性能的研究
  • -诱导下的TiO2纳米结构调控及光催化性能'>    3.3.4 Cl-诱导下的TiO2纳米结构调控及光催化性能
  •   3.4 本章小结
  • 2-Ag@Cu2O纳米复合材料的合成及光催化制氢性能研究'>4 TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料的合成及光催化制氢性能研究
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验部分
  •     4.2.1 实验材料
  •     4.2.2 实验方法
  •     4.2.3 材料表征
  •     4.2.4 光催化制氢性能测试
  •   4.3 结果与讨论
  • 2-Ag@Cu2O纳米复合材料的设计'>    4.3.1 TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料的设计
  • 2-Ag@Cu2O纳米复合材料的表征'>    4.3.2 TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料的表征
  • 2-Ag@Cu2O纳米复合材料的光催化制氢性能研究'>    4.3.3 TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料的光催化制氢性能研究
  • 2-Ag@Cu2O纳米复合材料的结构及光催化制氢性能优化'>    4.3.4 TiO2-Ag@Cu2O纳米复合材料的结构及光催化制氢性能优化
  •   4.4 本章小结
  • 5 结论
  • 3NH3PbBr3纳米材料的可控制备及光学性能研究'>附录 CH3NH3PbBr3纳米材料的可控制备及光学性能研究
  • 3NH3PbBr3量子点的尺寸调控及光学性能研究'>  F1 CH3NH3PbBr3量子点的尺寸调控及光学性能研究
  •     F1.1 实验部分
  •     F1.2 结果与讨论
  • 3NH3PbBr3纳米线的尺寸调控及光学性能研究'>  F2 CH3NH3PbBr3纳米线的尺寸调控及光学性能研究
  •     F2.1 实验部分
  •     F2.2 结果与讨论
  •   F3 本章小结
  • 参考文献
  • 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
  • 学位论文数据集

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 彭兰

    导师: 唐爱伟

    关键词: 二氧化钛,光催化,纳米材料,复合材料,卤素,氧化亚铜

    来源: 北京交通大学

    年度: 2019

    分类: 工程科技Ⅰ辑

    专业: 无机化工,材料科学

    单位: 北京交通大学

    基金: 国家自然科学基金“面上”项目(61674011),北京市自然科学基面上”项目(4172050),北京交通大学卓越百人计划项目人才经费

    分类号: TQ134.11;TB383.1

    DOI: 10.26944/d.cnki.gbfju.2019.000758

    总页数: 153

    文件大小: 15742K

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