谷唐龍畢業(yè)論文答辯

1、卟啉衍生物敏化二氧化鈦納米管可見(jiàn)光催化劑的性能研究畢業(yè)論文答辯專 業(yè)：材料科學(xué)與工程班 級(jí)：12材料（1）班姓 名：谷唐龍學(xué) 號(hào)：2012327101017指導(dǎo)教師：萬(wàn)軍民日 期：2016年5月28日目 錄1234研究背景實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析研究?jī)?nèi)容結(jié) 論RESEARCH BACKGROUNDSRESEARCH FRAMWORKANALYSIS AND DISCUSSIONCONCLUSION 水體污染 紡織服裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，染料被大量使用，由此產(chǎn)生了大量的染料廢水，解決水污染問(wèn)題已經(jīng)亟不可待污水處理的一般方法(1)機(jī)械物理法:利用簡(jiǎn)單物理性質(zhì)的變化來(lái)除去水中的污染物，主要是用來(lái)處理水中的不溶性的懸浮

2、污染物(2)生物法：利用細(xì)菌等生物自身的代謝活動(dòng)，通過(guò)吸附、氧化、還原、分解水中的某些污染物(3)化學(xué)法：通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)去除水中的污染物，包括化學(xué)氧化、光氧化和電解其中光氧化法具有無(wú)毒、安全、穩(wěn)定性好、催化活性高、見(jiàn)效快、能耗低、可重復(fù)使用等突出優(yōu)點(diǎn)，被人們廣泛使用1研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS納米TiO2材料半導(dǎo)體材料具有強(qiáng)氧化能力、綠色環(huán)保、凈化徹底、反應(yīng)溫度低等諸多優(yōu)點(diǎn)，其中TiO2比表面積較大、催化活性好、安全無(wú)毒無(wú)害等諸多優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注， 但TiO2只能在紫外光下其電子可以被激發(fā)產(chǎn)生躍遷，科研界試圖通過(guò)卟啉敏化來(lái)拓展其對(duì)太陽(yáng)光譜內(nèi)可見(jiàn)光的

3、吸收并降低電子空穴對(duì)重組的速度研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDSTiO2納米材料的改性為了解決TiO2對(duì)太陽(yáng)光的吸收率低的問(wèn)題，對(duì)TiO2的改性方法主要有元素?fù)诫s、半導(dǎo)體復(fù)合、染料敏化、貴金屬修飾，本課題采用了染料敏化來(lái)改性新型水熱法制備的管徑均勻尺寸較低的TiO2納米管，這是目前為止提高納米TiO2光催化活性最有效的方法之一1研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS1研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS卟啉類化合物(1) 可見(jiàn)光區(qū)有長(zhǎng)波段的吸收光反應(yīng)中心(2) LUMO能級(jí)足夠高，促成了卟啉在接受太陽(yáng)光時(shí)激發(fā)的電子能夠注入到半導(dǎo)體材料的價(jià)帶

4、上； 卟啉HOMO能級(jí)足夠低，能夠確保其基態(tài)被氧化-還原電對(duì)再生。(3) 卟啉環(huán)可被針對(duì)性修飾取代，可以使卟啉TiO2緊密結(jié)合，形成穩(wěn)定的光敏化光催化劑。因此無(wú)論是物理吸附還是以化學(xué)鍵鍵合卟啉都可以促進(jìn)敏化的半導(dǎo)體材料在可見(jiàn)光范圍內(nèi)得到相應(yīng)。(4)卟啉自身較穩(wěn)定，并且難以被氧化分解。 小結(jié)：利用TiO2強(qiáng)的催化氧化性能和卟啉可見(jiàn)光激發(fā)資源，制備卟啉- TiO2可見(jiàn)光光敏催化劑是可行的。 本論文以此作為研究思路開(kāi)展研究。12通過(guò)新型水熱法和加熱回流法制備新型CuTCPP與H2TCPP來(lái)敏化制取CuTCPP-TiO2納米管和H2TCPP-TiO2納米管CuTCPP-TiO2納米管和H2TCPP-T

5、iO2納米管表征透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜學(xué)（XPS）研究?jī)?nèi)容2研 究 內(nèi) 容RESEARCH FRAMWORKSTiO2納米管的制備1.將2g的TiO2加入50 ml 的10 M NaOH溶液中，充分?jǐn)嚢琛?.將混合后的溶液放入一個(gè)聚四氟乙烯做襯里的反應(yīng)釜中，然后在正常氣壓下，將反應(yīng)釜放置在135 爐內(nèi)36 h，再冷卻至室溫。3.用0.1 M Hcl 反復(fù)清洗溶液的沉淀物，直到溶液的pH值達(dá)到1.5，再攪拌24 h。4.通過(guò)超聲波清洗機(jī)超聲大約1.5 h, 然后，通過(guò)真空抽濾機(jī)過(guò)濾溶液，并用去離子水清洗大約5次，直到溶液的pH值達(dá)到中性。5.最后在80

6、下在烘箱內(nèi)干燥24 h，最后貼上TiO2納米管樣品的標(biāo)簽。2研 究 內(nèi) 容RESEARCH FRAMWORKSH2TCPP-TiO2納米管的制取 1.將10 mg 50 mg 的H2TCPP加入100 ml 的二甲基甲酰胺，然后把1g的TiO2納米管放入100 ml 的H2TCPP溶液中。2.把混合物在黑暗中加熱5 - 6 h 讓其回流，之后過(guò)濾收集過(guò)濾出的固體。3.用20 ml 的二甲基甲酰胺反復(fù)沖洗溶液直到溶液變清澈為止。4.用蒸餾水沖洗溶液大約5次。再在60下，烘干過(guò)濾出的固體6h，得到的就是H2TCPP-TiO2納米管樣本。2研 究 內(nèi) 容RESEARCH FRAMWORKSCuTCP

7、P-TiO2納米管的制取1.將10 mg 50 mg 的 CuTCPP加入100 ml 二甲基甲酰胺溶液中，然后把1g TiO2納米管放入100 ml 的CuTCPP溶液中。 2.于120 黑暗環(huán)境下將混合溶液加熱、回流6 h，之后過(guò)濾收集過(guò)濾出的固體。3.使用50 ml 的二甲基甲酰胺溶液多次清洗固體，直到清洗的二甲基甲酰胺溶液顏色變透明，然后再用去離子水清洗10次并于60 條件下在烘箱內(nèi)干燥，得到的就是CuTCPP的TiO2納米管。2研 究 內(nèi) 容RESEARCH FRAMWORKS3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION TiO2納米管的TEM圖像如TE

8、M掃描圖所示，管狀納米結(jié)構(gòu)是由直徑約為10-15nm的粒子構(gòu)成的，卟啉的存在并未使其形狀發(fā)生明顯變化。3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION受H2TCPP (a) H2TCPP含量為3%的TiO2納米管；(b) H2TCPP含量為5%的TiO2納米管）敏化的TiO2納米管晶格分解圖像進(jìn)一步證實(shí)了晶格間距約為0.5 nm TiO2在最突出位置處的銳鈦礦性質(zhì)?？梢钥闯鲈诩{米管表面分散存在的圓點(diǎn)即為卟啉化合物3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION不同H2TCPP含量樣品的XRD光譜3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS A

9、ND DISCUSSIONTiO2納米管的EDS光譜圖受H2TCPP敏化的TiO2納米管的EDS光譜圖 3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSIONa, b 為純TiO2 納米管的TEM圖；c, d 為5 % CuTCPP-TiO2 納米管的TEM圖TiO2 nanotube abcdTiO2 nanotube CuTCPP CuTCPP3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION樣品敏化前后的X射線衍射203040506070Intensity(a.u)2 0% CuTCPP-TiO2-nanotube 5% CuTCPP-TiO2

10、-nanotubeA101R101R110R101A104A112A220A105A221A204A215 3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION純TiO2納米管的EDSCuTCPP-TiO2納米管EDS3實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION0204060801001200.20.40.60.81.0 P25 TNT 1%CuTCPP/rGO-TNT 3%CuTCPP/rGO-TNT 5%CuTCPP/rGO-TNTC/C0Time(min) 可見(jiàn)光照下亞甲基藍(lán)的光催化作用，這里的C0 和C分別是MB的初始濃度值和降解后濃

11、度值（插圖包括a蒸餾水；b 5 % CuTCPP-TiO2納米管；c純TiO2納米管；d 10 mg/L MB溶液）總結(jié)Conclusions本文用水熱法和加熱回流方法成功合成CuTCPP-TiO2納米管以及H2TCPP-TiO2納米管光催化劑。研究結(jié)果顯示，經(jīng)卟啉敏化的TiO2納米管可以更有效地?cái)U(kuò)大TiO2納米管在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的響應(yīng)，有效的轉(zhuǎn)移受激電子，并分離光生電子-空穴對(duì)最終結(jié)果顯示，TiO2納米管的光催化活性在可見(jiàn)光照下得到了提高。4總 結(jié)CONCLUSION 致 謝Acknowledgements 在此，我向在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)期間幫助過(guò)我的老師、師兄以及同學(xué)致以我最真誠(chéng)的感謝。 首先要感謝的是胡智文胡老師，因?yàn)楹蠋熚也拍苡羞@么好的一個(gè)平臺(tái)來(lái)展示這四年來(lái)所學(xué)到的知識(shí)。 我的導(dǎo)師萬(wàn)軍民老師，他在百忙之中抽出時(shí)間對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)和幫助。本論文從選題，到設(shè)計(jì)，到分析，再到最后的寫(xiě)作，都離不開(kāi)萬(wàn)老師悉心的指導(dǎo)與幫助。而