溶劑熱法合成新型光催化劑及其性能研究.pdf

1、半導體光催化是一門集表面化學、材料學、光學、電化學、催化化學和環境化學于一體的綜合性學科，其特征是半導體光催化劑通過吸收光能在導帶和價帶分別產生具有極強還原能力的光生電子和氧化能力的光生空穴，在催化劑表面發生直接或間接的還原或氧化反應。在眾多的半導體光催化劑中TiO2以其無毒、化學穩定性好、催化活性高、廉價易得及可直接利用太陽光等優點受到人們的親睞，但是較寬的禁帶和較低的量子效率限制了其發展。然而研究表明，二氧化鈦的光催化活性除取決于比

2、表面積、晶相、結晶度和形貌結構外，還取決于其暴露的晶面。本實驗室已從事多年的光催化劑設計和開發工作，在研究催化劑結構和暴露面與活性的內在聯系方面積累了豐富的經驗。針對現在光催化領域存在的實際問題和本實驗室的實際情況，我們從催化劑的晶面和形貌方面入手，通過對合成條件的優化，合成了具有高能面暴露的特殊形貌結構的二氧化鈦光催化劑，并研究了暴露面和結構對活性的影響，為實用性光催化技術積累了一定的經驗。本論文主要開展了以下四方面的工作：
　

3、　 1.醇熱法合成高效光催化劑Bi2WO6及其光催化性能研究
　　 采用溶劑熱方法制備了均勻球形結構的Bi2WO6可見光催化劑且具有較大比表面積可達5.0 m2/g，是固相法合成樣品的10倍左右。并將其應用于含有RhB的染料廢水降解實驗中；同時與固相法合成的Bi2WO6光催化劑做了相應的對比。結果表明，通過溶劑熱合成的Bi2WO6光催化劑具有較高的光催化活性。
　　 2.水熱法合成{001}面暴露結構可控的二氧化鈦微米

4、球
　　 通過水熱法以TiF4為前驅體，以蒸餾水為溶劑，通過調變陳化溫度和陳化時間合成了結構可控的{001}高能面暴露的二氧化鈦微米球。并采用FESEM、XRD、TEM等表征方法證明了微米球從實心到空心的結構可控性，同時還證實了微米球的外表面為{001}高能面。同時該光催化劑在甲苯的光催化選擇性氧化中顯示了很好的光催化活性，其活性是商業化二氧化鈦P25的3倍左右。
　　 3.醇熱法合成{001}面高暴露率的單晶微米片層狀

5、二氧化鈦
　　 借助醇熱法以TiF4為前驅體，以苯甲醇為溶劑，通過調變陳化溫度和陳化時間合成了{001}高能面暴露的微米片層狀二氧化鈦。BET測試表明其比表面積可達16 m2/g，是現在已報道單晶氧化鈦的2-3倍。采用XRD、FESEM、TEM等測試手段，對光催化劑的形貌、晶相及暴露面做了詳細的證明，并計算了{001}高能面暴露率高達95％。同時以甲苯的光催化選擇性氧化為探針反應研究了其光催化活性。
　　 4.尺寸及{0

6、01}面暴露率可控的單晶二氧化鈦的合成
　　 利用溶劑熱，以TiF4為前驅物，苯甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇和叔丁醇為溶劑，通過調節不同的醇試劑包括醇試劑的種類、用量以及合成條件的優化制備了尺寸及{001}高能面暴露率可調的單晶二氧化鈦。采用TEM、FESEM、XRD和XPS等測試手段，對產物形貌和組成進行詳細的分析和表征并計算了{001}高能面的暴露率。通過甲苯的光催化選擇性氧化研究了其光催化活性與單晶氧化鈦粒徑尺寸和{001}