TiO2納米催化劑改良溶膠-凝膠法水熱法摻雜改性光催化水解制氫論文

1、TiO_2納米材料制備及光催化水解制氫研究【摘要】 為了篩選出優(yōu)良的TiO2納米催化劑,從而獲知催化劑最佳制備工藝條件,本課題采用改良后的溶膠-凝膠法先行制備出四種TiO2納米催化劑,分別為純的TiO2納米粉體,摻雜金屬元素Fe的TiO2納米粉體,摻雜非金屬元素N的TiO2納米粉體,以及兩者共摻的TiO2納米粉體。通過單因素試驗和催化劑表征獲知摻雜元素的最佳含量和不同摻雜元素對催化劑性能的影響,以及催化劑制備過程中各因素條件的影響,選擇這四種催化劑是為了研究TiO2納米催化劑的摻雜改性和制備的最佳工藝條件,由此總結(jié)出TiO2催化劑摻雜改性機(jī)理。以溶膠-凝膠法制備的TiO2納米粉體為前驅(qū)物,根據(jù)

2、水熱法機(jī)理,變換水熱反應(yīng)過程條件,對以上四種催化劑進(jìn)一步處理得到新的四種納米催化劑,后續(xù)通過單因素試驗和各項催化劑表征獲知水熱過程的最佳反應(yīng)條件,并與溶膠-凝膠法制備的催化劑作比較,發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),以及光催化活性均發(fā)生改變。對水熱法處理后制備的四種催化劑分別進(jìn)行XRD、BET、TG/DSC、SEM和UV-Vis等五種表征手段,從催化劑的晶型、吸光度、比表面積、粒徑大小和熱穩(wěn)定性等各方面分析各種催化劑的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)。結(jié)果表明：經(jīng)金屬離子Fe3. 更多還原【Abstract】 Four kinds of TiO2 (titanium dioxide) powder catalys

3、ts,pure TiO2、Fe3+(ferric metal ion)-doped TiO2、N(nitrogen non-metallic element)-doped TiO2 and Fe3+/N-codoped TiO2 respectively,were prepared by modified sol-gel method,aiming at filter out the best TiO2 catalyst and determining the optimal process conditions.Single factor experiment and catalyst ch

4、aracterizations were carried out in order to analyze the influences of doping elements、doping contents and other factors during the preparation proc. 更多還原 【關(guān)鍵詞】 TiO2納米催化劑； 改良溶膠-凝膠法； 水熱法； 摻雜改性； 光催化水解制氫； 【Key words】 Nano-sized titanium dioxide materials； Modified sol-gel method； co-doped； photoca

5、talytic water splitting；摘要 3-4 Abstract 4 第一章 文獻(xiàn)綜述 9-29 1.1 研究背景 9-10 氫能的發(fā)展前景 9-10 氫能研究待解決的問題和前景 10 氫能與太陽能的結(jié)合利用 10 1.2 制氫用納米光催化劑概述 10-15 金屬氧化物 11-13 金屬硫化物 13-14 氮化物、氮氧化物和硫氧化物 14 納米復(fù)合材料和Z型系統(tǒng) 14-15 1.3 TiO_2結(jié)構(gòu)性能介紹 15-19 TiO_2電子結(jié)構(gòu) 15-17 TiO_2物理屬性 17-19 銳鈦礦相向金紅石相的轉(zhuǎn)變 19 1.4 光催化機(jī)理 19-22 電子過程 19-20 復(fù)合 20-2

6、1 催化劑結(jié)構(gòu)對活性影響 21 超強(qiáng)親水性 21-22 1.5 提高光催化材料催化活性方法 22-25 減小TiO_2帶隙 22-24 減少復(fù)合 24-25 1.6 TiO_2應(yīng)用 25-27 光解水制氫 25 自清潔表面 25-26 染料敏化太陽能電池 26-27 1.7 選題目的和意義 27-29 第二章 TiO_2納米催化劑的制備及催化劑性能研究 29-63 2.1 實驗原理 29-34 溶膠-凝膠法原理 29-32 水熱法原理 32-34 2.2 試劑與儀器 34-35 2.3 實驗部分 35-40 TiO_2納米催化劑制備過程 35 催化劑的表征 35-40 2.4 結(jié)果與討論 40

7、-63 XRD分析 40-48 熱分析 48-50 BET分析 50-53 SEM分析 53-58 UV-Vis分析 58-60 催化劑摻雜改性機(jī)理 60-63 第三章 TiO_2催化劑光催化水解制氫研究 63-83 3.1 光催化分解水的基本原理 63-65 光催化分解水機(jī)理 63-64 光催化分解水的基本過程 64-65 3.2 納米二氧化鈦光解水制氫反應(yīng)裝置 65 3.3 納米二氧化鈦光解水制氫反應(yīng)體系 65-66 3.4 納米二氧化鈦光解水制氫反應(yīng)過程 66 3.5 光解水制氫產(chǎn)率的影響因素 66-74 電子"犧牲劑"對氫氣產(chǎn)量的影響 66-69 催化劑對氫氣產(chǎn)率的影響 69-72 攪拌速度和水浴溫度對反應(yīng)的影響 72 水熱反應(yīng)時間對產(chǎn)率的影響 72 煅燒溫度對產(chǎn)率的影響 72-73 冰醋酸加入方式和陳化的影響 73 煅燒過程升溫速率影響 73 后期煅燒處理