学士学位论文：TiO2的形貌控制和光催化性能研究

目录/提纲：……
1、催化剂的影响
2、光源的影响[12]
3、光照时间的影响[12]
4、催化剂用量的影响[12]
5、体系pH的影响[12]
6、有机物结构的影响
……

学士学位论文

题目：TiO2的形貌控制和光催化性能研究

院（系） 材料科学与工程学院
专 业 应用化学
届 别 2012届

摘要
本课题以四氟化钛和盐酸分别为前驱体和助剂，采用水热法制备TiO2粉体催化剂，通过改变体系中四氟化钛的量、盐酸的浓度以及水热温度、反应时间来控制TiO2的形貌，从而提高其光催化活性。利用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外—可见漫反射（UV-Vis DRS）、* 射线粉末衍射（*RD）、比表面积测试（BET）等分析检测手段对催化剂的晶相组成、表面微结构和禁带宽度进行表征。并以酸性红染料为目标污染物，考察了不同制备条件下得到的催化剂在紫外光的照射下对酸性红的光催化降解活性；探究TiO2结构和光催化性能之间的关系。
结果表明：当前驱体TiF4为0.297g，盐酸浓度为0.01mol/L，水热温度160℃反应40h后得到的TiO2的光催化性能最好，对酸性红的降解效率可达到39.6%。

关键词：二氧化钛 光催化 形貌 水热法













Abstract
In the thesis, titanium dio*ide (TiO2) powder catalyst was prepared by the hydrothermal method using titanium fluoride
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略1024字，正式会员可完整阅读）……　
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第一章 前言 1
1.1 TiO2光催化背景及意义 1
1.2 TiO2光催化的基本原理 2
1.2.1 TiO2的晶体结构及能带结构 2
1.2.2 光催化的基本原理 4
1.3 TiO2光催化效率影响因素及其改进手段 5
1.4 立体依据与研究方案 6
第二章 实验部分 8
2.1 试剂与仪器 8
2.1.1 主要实验试剂 8
2.1.2 主要实验仪器 8
2.2 实验部分 9
2.2.1 TiO2的制备 9
2.2.2 实验条件的控制 9
2.2.3 测试与表征 10
2.2.4 光催化性能评价 10
第三章 结果与讨论 13
3.1 催化剂的表征 13
3.1.1 晶相结构 13
3.1.2 形貌分析 17
3.1.3 光吸收性能 20
3.1.4 FTIR分析 21
3.1.5 N2吸附–脱附等温线分析 24
3.2 催化剂性能评价 25
结论 28
参考文献 29
致谢 31























第一章 前言
1.1 TiO2光催化背景及意义
随着社会经济的快速发展，人类生活水平和消费水平的提高，导致近几十年来，工业废气、废水、农业农药和旅游、生活垃圾等污染物剧增，使得能源危机和环境污染日益严重。目前，以石油、天然气和煤炭为代表的矿物能源仍然是世界能源消耗的主体。然而，这些矿物能源的储量是有限的。因此，开发利用新型、环保的替代能源以及如何有效的控制与治理环境污染就成为人类社会面临和亟待解决的重大课题[ ]-[ ]。
研究表明，光催化材料可有效利用太阳能，一方面光解水制备H2和O2，太阳能是取之不尽用之不竭的清洁能源，氢能被认为是二次能源中最为理想的无污染的二次能源，成为新能源的开发研究的热点[ ]；另一方面，能将空气和水中的大部分有机污染物在光的照射下降解为二氧化碳和水，具有成本低、高效、不产生二次污染等优点[ ]。而当前解决环境污染问题已经是人类燃煤之急的重大课题，因此光催化技术作为一种具有广阔应用前景的绿色环境治理技术得到了前所未有的关注[ ]。
为了实现可持续发展的战略，空气、水和土壤的净化已成为人们必须十分重视的环境保护研究课题。目前，工业上普遍采用高温焚烧、吸附、絮凝、气吹、掩埋等物理或化学方法处理有毒污染物，这些方法具有设备简单、操作简便等优点。但只是对有机、无机污染物的一种转移、转化、稀释处理，没从根本上把它们分解成无毒物质，有时还造成二次污染；而采用氧化和臭氧处理的方法，因为可能会对环境带来其它副作用，具有风险性而被弃用。
1972年，Fujishima和Honda首次报道了用TiO2作光催化剂分解水制备氢气和氧气的现象[ ]。当时正值能源危机，利用太阳能制备氢气来缓解能源危机有着现实意义，于是这一现象立即引起了学术界的广泛关注。1976年，Carey等首次报道了在近紫外光的照射下TiO2悬浮液可使多氯联苯脱氯去毒[ ]，从而使研究者对半导体光催化技术用于环境污染控制产生了浓厚的兴趣并对其进行深入广泛的研究，开辟并拓展了半导体光催化剂在环境保护方面的应用。
由于TiO2可以在常温常压下对水和空气中的污染物进行降解，具有良好的化学稳定性，氧化能力强，催化活性高，见效快，可重复使用，安全无毒且成本低等优点，而且在太阳能储存与利用、光化学转换及有机污染物治理等方面有着广阔的应用前景，因此成为研究最为深入的光催化剂之一[ ]。然而TiO2是一种禁带宽度大（Eg=3.2eV）的半导体材料，只有波长较短的太阳光能（λ< 387 nm）才能被吸收，而这部分紫外线（320 nm～400 nm）只占到达地面上的太阳光能的不足5%，太阳能的利用率很低，极大地限制了其实际应用。为了改进TiO2的性能和拓宽应用范围，制备高性能的TiO2 一直是研究热点。
纳米TiO2是一种重要的无机功能材料，由于其具有良好的耐候性和耐腐蚀性，比表面积大，表面活性高，抗紫外线能力强，良好的光吸收性等优点而广泛应用于涂料、感光材料、环境工程材料、塑料、食品包装、化妆品、光催化剂等领域。由于各种应用都与TiO2的结构和形貌有直接关系，因此，控制纳米TiO2的结构和形貌成为国内外的研究热点之一。多年来，国内外学者对纳米TiO2材料的制备以及各种性质作了大量的研究，并取得了很多成果。
早期汪国忠等[ ]将加有H2SO4的TiCl4胶体溶液置入高压釜中，控制不同反应温度加热一定时间，得到纳米量级的锐钛矿型TiO2。王晓静等[ ]以异构十三醇聚氧乙烯醚系列非离子表面活性剂为辅助剂，采用溶胶-凝胶法制备了比表面积、孔径分布窄的锐钛矿型TiO2多孔微球，其粒径为0.7-1.0um，比表面积为70.5m2/g，晶粒尺寸为12nm，这种多孔TiO2微球具有较高的催化活性。Jian Zhu 等[ ]水热醇解TiF4，用叔丁醇作为醇的来源，制得了比表面积为103m2g-1，晶粒尺寸为23nm的TiO2，同时可以通过改变醇来控制（001）晶面的百分数和颗粒大小。
1.2 TiO2光催化的基本原理
1.2.1 TiO2的晶体结构及能带结构
TiO2存在三种晶型结构，即 ……（未完，全文共15983字，当前仅显示2874字，请阅读下面提示信息。收藏《学士学位论文：TiO2的形貌控制和光催化性能研究》）