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随着全球工业化进程的不断发展,环境污染问题日益严重,环境保护和可持续发展成为人类必须考虑的首要问题。光催化技术作为绿色化学的一个代表,是近三十年以来发展起来的新兴研究领域。本论文通过水热-浸渍两步法制备了氟离子、碳离子以及氮、磷双元素掺杂、镧掺杂的TiO2纳米管,并研究了所得催化剂的光催化活性。
1.以锐钛矿型TiO2粉末为原料,通过水热处理制备TiO2纳米管,并通过浸渍法制备了不同掺杂含量的氟掺杂TiO2纳米管。研究了不同焙烧温度及不同掺杂含量的氟掺杂TiO2纳米管对甲基橙的光催化活性。实验发现,焙烧温度为300℃、掺杂浓度为2.0 wt.％时,催化剂的活性最高。氟离子掺杂极大程度上提高了纳米管的光催化效率,可以归功于氟掺杂的几个有利作用：在紫外可见范围的强烈吸收和光吸收阈值红移、氧空穴的生成、以及Ti3+存在。
2.以锐钛矿型TiO2粉术为原料,通过水热处理制备TiO2纳米管。通过浸渍法制备了不同掺杂含量的碳掺杂TiO2纳米管。光催化降解实验证明,碳掺杂可以使TiO2纳米管光催化剂的光催化活性提高。2.0 wt.％是碳掺杂TiO2纳米管的最佳掺杂浓度。
3.采用水热-浸渍两步法合成了一系列氮、磷双元素掺杂TiO2纳米管光催化剂。结果表明,300℃焙烧后的掺杂纳米管为锐钛矿相,氮和磷高度分散进入TiO2中。氮磷共掺杂可以明显提高TiO2纳米管的对甲基橙的光催化活性,其原因在于氮阴离子以N-Ti-O的结构进入TiO2,磷替换TiO2中部份Ti4+,从而降低了电子和空穴的复合几率。
4.采用溶胶-凝胶法和水热法两步相结合的方法合成了镧掺杂TiO2纳米管,利用XRD、TEM、UV-vis等手段对样品进行了表征。光催化降解实验表明,镧掺杂提高了TiO2纳米管的光催化活性。