论文部分内容阅读
二氧化钛作为n型半导体材料因其化学性质稳定,廉价易得,无毒且催化效率高等优点受到人们的广泛关注,在光催化降解环境污染物方面具有很好的应用前景。然而二氧化钛光催化技术还存在光生电子-空穴对容易复合,对可见光吸收能力差,不能充分利用太阳光的缺点,其光催化应用受到了很大限制,因此,对二氧化钛进行可见光改性并提高量子产率成为目前研究的热点。本论文对银/卤化银、AgBr/TiO2复合纳米光催化剂的合成及其光催化活性进行了研究,使二氧化钛具有较高的可见光催化活性。论文还对其它新型可见光催化剂进行了初步的研究探索,包括冲击波氮掺杂二氧化钛光催化剂和新型无金属g-C3N4光催化剂。本论文制备了一系列银/卤化银(Ag/AgCl、Ag/AgBr、Ag/AgI)光催化剂,通过比较它们降解甲基橙的光催化活性及XRD、SEM表征发现,滴定法制备的Ag/AgBr光催化剂光催化活性最好,且分散均匀、稳定性好。通过对水合肼、抗坏血酸和可见光三种还原方法的比较发现,由可见光还原制备的Ag/AgBr光催化剂,金属银负载均匀,光催化降解甲基橙活性最好,且Ag/AgBr光催化剂在催化降解前后Ag的相对含量基本上没有发生变化,可见Ag/AgBr具有光稳定性。以钛酸四丁酯、KBr、AgNO3为前体,合成了系列纳米AgBr/TiO2复合可见光催化剂。利用XRD、TEM、HRTEM和UV-vis等方法对催化剂的晶相组成、形貌、粒度、微观结构、吸光性能等进行了表征。光催化降解亚甲基蓝活性结果表明,复合与单组分催化剂的光催化活性顺序为:AgBr/TiO2> AgBr> AgBr/P25> P25> TiO2,其中形成异质结的纳米AgBr/TiO2 (mAgNO3/mTiO2=3.35)光催化剂由于粒径小(15 nm)、分散均匀且对紫外-可见光(250-800 nm)都有很强的吸收而具有最高的光催化活性。HRTEM结果表明,该催化剂形成了紧密接触的AgBr/TiO2异质结微结构。通过催化剂的循环寿命评价及XPS和EDX表征分析知道,AgBr/TiO2光催化剂的结构在反应前后是稳定的,但由于光敏剂AgBr表面被反应体系中的吸附碳污染,使其光催化活性在循环使用中有所降低。通过溶剂热及高温热解法合成了新型无金属C3N4光催化材料,其结构均为石墨型的氮化碳结构(g-C3N4),且对可见光有一定的吸收。其中采用溶剂热法合成的g-C3N4具有较好的光催化活性,而用高温裂解法合成的g-C3N4无光催化活性,但当用速度为2.52km·s-1的飞片处理时,其光催化活性显著增强。冲击波掺氮改性TiO2的吸收光谱发生了红移,但其光催化活性较低。冲击处理纳米锐钛矿相TiO2后形成了部分srilankite高压相,混相光催化活性显著降低,可见TiO2高压相光催化活性较差。