TiO2光催化技術的材料化學工程研究.pdf

1、南京工業大學博士學位論文TiO2光催化技術的材料化學工程研究姓名：李偉申請學位級別：博士專業：材料化學工程指導教師：陸小華；馮新200812摘要【001】銳釷m00】Ti02(B)，雙晶界面體現出晶格匹配、缺陷少的異質結結構。在殼層保護下，銳鈦一金紅石轉晶過程由常規的600℃左右推遲至1000℃左右，從而可獲得高溫穩定、高結晶度的純銳鈦型Ti02。在此基礎上，為了了解影響Ti02性能的主要結構因素，本文重新設計了制備過程，獲得了高結晶度

2、、雙晶和介孔等特征結構獨立的Ti02，剝離出Ti02單一結構與性能的關系，使新材料的設計有據可依。1)突破銳鈦一金紅石轉晶束縛的晶化過程能顯著提升Ti02的性能，高結晶度的銳鈦型Ti02光催化降解有機物的整體活性與P25相當，而單位比表面活性約為P25的5倍；2)雙晶異質結除了具有匹配的晶相界面，更有匹配的能帶結構，Ti02(B)導帶上的光生電子在能級差驅使下流向銳鈦的導帶，而銳鈦價帶上的光生空穴在能級差的驅使下流向Ti02(B)的價帶

3、，晶格匹配的兩相界面為載流子遷移提供了暢通的通道，兩類載流子被有序地分配到組成Ti02的兩相中，有效地減少了其復合損耗的機率，碘離子氧化、OTSSAMs降解和Pt還原沉積三個獨立的反應都證實了銳鈦一Ti02(B)雙晶異質結區別于單一晶型或P25的光生載流子有效分離和定向遷移特性；3)熱穩定性好、晶化過程不會坍塌的介孔結構可以同時將高比表面和高結晶度兩大對光催化性能有利的因素集于一身，從而獲得高性能的Ti02光催化材料。在“結構一性能”相

4、互關系的認識基礎上，有針對性地設計和改造出性能增強的Ti02光催化材料。1)高結晶度銳鈦型Ti02的高活性、高溫穩定性和大顆粒形貌使其具有活性穩定和易于分離回收的兩大實用性，成為具備實用價值的深度水處理光催化材料；2)納米Pt顆粒的擔載可繼續大幅提高銳鈦一Ti02(B)雙晶結構中光生載流子分離效率，更能將光生載流子有序地遷移至Ti02表面，充分發揮光生空穴和光生電子各自的氧化和還原能力，在甲醇一水體系的光催化產氫實驗中表現出優于單一晶型

5、或P25的穩定的高產氫速率；3)介孔Ti02晶須的孔結構能穩定納米金屬團簇，擔載納米Pt、Au團簇的介孔Ti02晶須，分別在光催化產氫和CO低溫氧化兩個應用方向上表現了出色的活性和穩定性。與新材料研究互動的過程裝備研究同時展開。通過環型和管式反應器中光強分布、光輻射衰減模型和流型研究，設計了兩款面向不同應用場合的實用型光催化水處理反應器：以大處理量為特點的單燈多管式反應器和以低能耗為特色的薄壁型環式反應器。在反應器從實驗室走向實際應用的