《黑TiO2的制备及其光催化性能研究论文答辩》由会员分享，可在线阅读，更多相关《黑TiO2的制备及其光催化性能研究论文答辩（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2017-6-14,1,黑TiO2的制备及其光催化性能研究,姓 名：王佳瑶 专 业：环境工程 指导教师：张秀芳,2,论文章节,结论,实验机理,实验结果和讨论,实验内容,选题的研究目的及意义,3,1. 论文研究背景、目的与意义,TiO2光催化材料的优缺点,4,1. 论文研究背景、目的与意义,目的与意义：随着社会的发展和能源的消耗，环境污染问题越来越严重，半导体光催化剂是是解决问题的有效途径，二氧化钛，无毒、多功能半导体材料，有效利用紫外线等优良性能。然而，由于其高带隙宽度（锐钛矿3.2eV）和快速电子空穴复合率，其光催化性能非常有限，黑色二氧化钛的出现大大改善了传统二氧化钛这两个缺点，而两者的结
2、合可以大大提高简单材料的光催化性能和光催化效应。,5,2. 实验内容,70ml去离子水,0.7g抗坏血酸,搅拌10min,混合溶液,加入3.1ml TiCl3溶液,180条件下水热反应12h,离心，水洗，醇洗,干燥80，8h,研磨得黑TiO2,黑TiO2的制备流程图,6,2. 结果与讨论,纯相TiO2和黑TiO2的XRD对比图,图上无孔纯相TiO2的衍射峰强比多孔黑TiO2稍高一些，这表明无孔纯相TiO2的结晶度比多孔黑TiO2稍强一些。,2. 结果与讨论,7,图（a）是在5.8mm11.00k下的无孔纯相TiO2的形貌图；图（b）是在 5.8mm5.5k下的多孔黑TiO2的形貌图；图（c）是
3、黑TiO2的形貌图；图（d）是能谱仪图,从图(a)(b)中可以看出样品纯相TiO2和黑TiO2的形态为长方体，粒径都小于10nm，随着颜色的变化，黑TiO2粒径减小，从图(c)可以看出黑TiO2形貌图呈现出多孔结构。从图(b)和(d)可以得出黑TiO2样品经过在抗坏血酸的还原条件下，样品晶体表面出现了较厚的无序外壳结构，由于表面缺陷所形成的无序外壳使其样品由白色变为黑色。图(d)为黑TiO2的EDS图，通过EDS可以间接的证实黑TiO2仅仅是由Ti和O组成，暗示了TiO2核周围呈现表面缺陷结构的TiO2。,8,2. 结果与讨论,纯相TiO2和黑TiO2的DRS谱图,可以看出纯相TiO2的吸收光
4、谱只存在于紫外区，可见区域内没有明显的吸收。相比于纯相TiO2，黑色TiO2光催化剂的吸收带大于420nm，比纯相TiO2大，其吸收范围扩展到可见区域。结果表明，掺杂Ti3+的存在大大提高了可见光的吸收，使黑TiO2在可见光下具有更好的光催化性能。,9,2. 结果与讨论,无孔纯相TiO2和多孔黑TiO2的N2吸附脱附等温曲线和孔径分布,添加抗坏血酸有利于孔结构的形成，为转移反应物提供方便、有效的途径，比表面积增大后，提供更多的反应空间，光生载流子容易扩散，有利于电子空穴的传递，进而光催化性增强。,10,2. 结果与讨论,纯相TiO2和黑TiO2的光催化降解效率光谱图,多孔结构能大大提高其光催化
5、性能。是因为多孔结构提供了孔道，大大增加了黑TiO2的比表面积，更多孔道作为光子捕获路径，让更多光子分布到光催化剂颗粒表面上，促进光子吸收，进而提高光催化剂吸光性。另外，黑TiO2的无序结构捕获光生电子提供空穴，能够提高多孔黑TiO2的光催化活性。,11,3. 复合实验,黑TiO2的复合,12,不同反应温度条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应温度制备的黑TiO2复合体的XRD图,在不同温度条件下复合形成的黑TiO2复合体，他们的衍射峰和黑TiO2和纯相TiO2的特征衍射峰位置相同，温度改变，出峰位置并不会偏移。复合体的衍射峰的峰值明显高于B-TiO2和W-TiO2，衍射峰变得更
6、加尖锐。而且，各个B-TiO2/W-TiO2复合材料的衍射峰，都比黑TiO2的衍射峰高。,13,不同反应温度条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应温度制备的黑TiO2复合体的DRS图,B-TiO2高于复合材料对可见光响应，由于B-TiO2颜色过深造成吸光能力最强，不同温度的B-TiO2/W-TiO2在可见区有很高效应，而且复合之后可见光吸收性能均较好。,14,不同反应温度条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应温度制备的黑TiO2复合体的荧光谱图,W-TiO2有最强荧光发射峰，说明其光生电子和空穴具有较高复合率，而复合光催化剂B-TiO2/W-TiO2的峰较其比较弱，
7、表明复合光催化剂形成的同质结能够促进电子和空穴的分离。,15,不同反应温度条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应温度制备的黑TiO2复合体的光催化性能分析图,最佳反应温度是180。一定温度范围内，温度升高，结晶度增加，光催化效率随之增加。一旦温度过高，因为催化剂晶粒增大，可能产生烧结现象，孔道倒塌，光催化剂的比表面积减少，造成光催化效率降低。而且，反应温度过高使光催化剂表面光滑度增加，有降低其催化效率的可能。,16,不同反应PH条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应PH制备的黑TiO2复合体的XRD图,在不同PH条件下复合形成的黑TiO2复合体，他们的衍射峰和黑Ti
8、O2和纯相TiO2的特征衍射峰位置相同，PH改变，出峰位置不会随之偏移。随着PH的增加，复合体的衍射峰的峰值随之增加，衍射峰变得更加尖锐。而且，各个B-TiO2/W-TiO2复合体的衍射峰都高于黑TiO2。,17,不同反应PH条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应PH制备的黑TiO2复合体的DRS图,随着反应PH升高，黑TiO2复合体光催化剂的吸收带边移动向长波方向，随着PH的进一步升高，短波方向和长波方向的吸收带整体下降。,18,不同反应PH条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应PH制备的黑TiO2复合体的荧光谱图,PH等于4时，荧光发射峰强度最低，而PH等于1和
9、9的峰较其比较高，表明其光生电子和空穴较易复合，复合黑TiO2在PH等于4时最能促进电子和空穴的分离。,19,不同反应PH条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同反应PH制备的黑TiO2复合体的光催化性能分析图,在黑TiO2对罗丹明B的降解率大于PH等于1和9的复合体，只有PH等于4时，黑TiO2对罗丹明B的降解率小于复合体，Saha和Tanaka研究者36对PH对TiO2的影响认为，PH值在3.8至6.8之间，能带位置最好和颗粒有所减小。从图中看出当PH等于4时，光催化效果是最好的。,20,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合
10、体的XRD图,黑TiO2复合体的各衍射峰的峰高比黑TiO2的衍射峰的峰高略有升高、钝化的趋势。,21,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合体的DRS图,由图可以看出，在可见光区域，纯相的TiO2光催化剂的光吸收性能最差，总体来说，在一定范围内随着黑TiO2含量的增加，光吸收性能随之增强。吸光最强为添加量为0.6g时的B-TiO2/W-TiO2。,22,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合体的荧光谱图,从图看出含量为0.6g的黑TiO2复合体的荧光发射峰较弱，而0.4g和0.8g的
11、峰比它强，说明黑TiO2含量为0.4和0.8时其光生电子和空穴较易复合，而黑TiO2含量为0.6g时的复合体最能促进电子和空穴分离。,23,不同复合比例条件下制备的黑TiO2复合体光催化剂的表征,不同复合比例下制备的黑TiO2复合体光催化性能分析图,纯相TiO2光催化效果最差，含量为0.6g时制备的黑TiO2复合体光催化效果最佳。,24,B-TiO2/W-TiO2同质结机理,黑TiO2缺陷图,B-TiO2/W-TiO2同质结机理图,25,结论,1.B-TiO2/W-TiO2复合光催化剂可形成同质结结构，呈现比较独特的能带结构和载流子B-TiO2与W-TiO2的复合在可见光下对罗丹明B的降解效率比W-TiO2和B-TiO2要高，说明B-TiO2/ W-TiO2复合光催化剂能够有效阻止电子和空穴复合，增加量子效率。促进光生电子与空穴的分离，从而提高光催化效果。2.当B-TiO2质量为0.6g，pH为4，温度为180oC的时候，降解的罗丹明B溶液为10mg/L，催化剂为最佳用量0.25g/L时，光催化降解效率最高。B-TiO2/ W-TiO2复合物对罗丹明B的降解率为91.1%。,26,谢谢大家！,谢各位老师给予指导！,
