納米二氧化鈦光催化材料改性分析-物理化學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文

1、.張魚碩 士學(xué)位論文答辯委 員會成員名單姓姓名名職稱稱單位位備注注葷葷磚磚敘抵抵澤專行戈輝輝導(dǎo)賡賡.幕椒旅旅降 東.ry 花長譯譯萬萬冤誠誠誠誠誠札札恤恤副敏報報丫東、手充大導(dǎo)：摘要隨著 工 業(yè) 生 產(chǎn) 的 迅 速 發(fā) 展 ，大 量 的廢 物 不 斷 排 入 自然 界 ，嚴 重 威 脅 著 人 類 的健 康 和 生命 ，因此 ， “三 廢 ” 問題 就 成 了人 們 函待 解 決 的 問題 。 目前 光 催 化 氧 化 技 術(shù) 成 為處 理 廢 水 污 染 的方 法 中最 有 前 景 的一 種 。光 催 化 過 程 是通 過化 學(xué)氧 化 的方 法 ， 把 有 機 污 染 物 礦 化 分 解 為

2、水 ，二氧 化 碳 和 無 毒 害 的有 機 酸 。半 導(dǎo)體 例 如 TIO Z、z no 、 C d S 等 作 為 光 催 化 劑 一 直 用 來 光 催 化 氧 化 有 機 污 染 物 ，其 中二 氧 化 欽 作 為 光 催 化 劑具 有 化 學(xué) 性 質(zhì) 穩(wěn) 定 ，價 廉 易 得 ，無 毒 等 優(yōu) 點 ，但 是 二 氧 化 欽 也 存 在 一 些 缺 陷 ，純 二氧 化 欽 光 催 化 劑 的光 生 電子 一空 穴 對 的再 復(fù) 合 率 高 ，量 子 效 率 偏 低 ，光 催 化 性 能 不 突 出 。純 二 氧 化 欽 (銳 欽 礦 型 ) 的吸 收 帶 隙 為 3 .2 eV ，其

3、對 應(yīng) 的吸 收 波 長 為 3 87nm ， 只 能利 用 占太 陽光 譜 范 圍 4 % 的 紫 外 光 部 分 ，對 太 陽光 的有 效 利 用 率 低 和 較 低 的 光 量 子 效 率 是 限制 光 催 化 實用 化 和 工 業(yè) 化 的 主 要 原 因 。因此 ，對 納 米 二氧 化 欽 的 改 性 研 究 ，降 低 催 化 劑 的光 生 電子 一空 穴 的 復(fù) 合 率 ，提 高 其 催 化 性 能和 對 太 陽 光 的利 用 率 具 有 重 大 的研 究 意 義 。目前 ，人 們 在 二 氧 化 欽 光 催 化 劑 的 改 性 上 做 了大 量 研 究 ，研 究 表 明 ，通 過

4、對 半 導(dǎo) 體 二 氧 化 欽 沉 積 貴 金 屬 、摻 雜 離 子 、光 敏 化 以及 表 面 還 原 處 理 等 方 法 提 高 穩(wěn) 態(tài) 光 降解 量 子 效 率 及 光 催 化 性 能 。本 論 文 采 用 多壁 碳 納 米 管/二 氧 化 欽 的 復(fù) 合 以及 在 二 氧 化 欽 中摻 雜 無 機 鎳 離 子 的方 法 ，對 納 米 二 氧 化 欽 進 行 改 性 研 究 ，提 高 其 光 催 化 性 能和 對 太 陽 光 的利 用 率 。 因 為碳 納 米 管 具 有 特 殊 的 原 子 結(jié) 構(gòu) ， 比表 面 積 大 ，特 殊 的機 械 性 能和 電子 性 質(zhì)等 優(yōu) 點 常 用 于

5、傳 感 器 ， 電子 設(shè) 備 ，氣 體 儲 存 器 等 領(lǐng) 域 。我 們 首 先 采 用 醇 鹽 水 解 法 制 備 了納 米 二 氧 化 欽 /多 壁 碳 納 米 管 (M W C N T )復(fù) 合 光 催 化 劑 。將 制 備 的 Tiq 從 W C N T 在 不 同溫 度 下 鍛 燒 ，得 到 不 同 晶 型 的 二 氧 化 欽 。復(fù) 合 催 化 劑 無 論 在 紫 外 光 還 是 在 可 見 光 下 都 具 有 良好 的 催 化 活 性 ，提 高 了量 子 效 率 和 太 陽 光 的利 用 率 。利 用 透 射 電鏡 觀 察 到 納 米 二 氧 化 欽 緊 密 均 勻 的 包 覆 在

6、 碳 納 米 管 外 。 通 過 紫 外 一可 見 吸 收 光 譜 和 熒 光 發(fā) 射 光 譜 等 表 征 數(shù) 據(jù) 分 析 ，碳 納 米 管 一 方 面 可 以調(diào) 制 納 米 二 氧 化 欽 的 能 級 結(jié) 構(gòu) ， 提 高 可 見 光 的 利 用 率 ; 另 一 方 面 可 以傳 遞 二 氧 化 欽 受 激 發(fā) 產(chǎn) 生 的 電子 ，從 而 降低 電 子 與 空 穴 的 復(fù) 合 ， 提 高 了其 光 降 解 污 染 物 的 效 率 。另 外 ，我 們 還 選 擇 了金 屬 離 子 摻 雜 的方 式 對 二 氧 化 欽 進 行 改 性 研 究 。其 中 摻 雜 過 渡 金 屬 元 素 最 為 熱

7、點 。盡 管 貴 金 屬 沉 積 例 如 Pt 具 有 很 好 的光 催 化 性 能 ，但 是 它 的 成 本 太 高 。 因 此 我 們 選 擇 過 渡 金 屬 中 的 Ni 進 行 離 子 摻 雜 改 性 的研 究 。我 們 采 用 溶 膠 -II凝膠法 制 備 了鎳 離 子 摻 雜 的二氧 化欽 光催化材 料 ，利用靛 藍胭 脂 紅染 料溶 液 為 目標 污 染 物 在 可 見 光 下將 其 光 催 化 降解 研 究 了不 同 Ni 摻 雜 TIO : 催 化 劑 的光 催 化 活 性 。 重 點研 究 了不 同鎳 摻 雜 濃 度 和 鍛 燒 溫 度 ，表 面 狀 態(tài) 等 對 鎳 摻 雜

8、 二氧 化 欽 催 化 劑 的 影 響 ，其 中鎳 的摻 雜 濃 度 為 1% ，經(jīng) 過 400 鍛 燒 的催 化 劑 的效 果 最 好 ，在 可 見 光 下 50 分 鐘 就 可 以將 10mg/L 的靛 藍 胭 脂 紅 溶 液 降解 完 。通 過 XPS 、TEM 等 多 種 表 征 手 段對 鎳 摻 雜 納 米 二 氧 化 欽 的結(jié) 構(gòu) 與 光 催 化 性 能進 行 了深 入 分 析 研 究 ，發(fā)現(xiàn) 在 較 低 溫 度 下 鍛 燒 可 以獲 得 鎳 離 子 晶格 摻 雜 而 不 是 表 面 復(fù) 合 的新 型 材 料 ，通 過鎳 離 子 缺 陷 能 級 的 引 入 改 變 了二 氧 化 欽

9、 的 能 級 結(jié) 構(gòu) ，提 高 了材 料 可 見 光 下 的光 催 化 氧 化 的 效 率 。本 論 文 制 備 的 新 型 二 氧 化 欽 光 催 化 劑 相 比 于 其 它 的 同類 催 化 劑 ，擴 大 了 TIO Z 催 化 劑 的光 吸 收 范 圍 并 提 高 了催 化 活 性 。這 些 新 型 高 效 的 Tio : 光 催 化 劑 在 降 解 染 料 廢 水 、 室 內(nèi)有 害 氣 體 等 環(huán) 保 領(lǐng) 域 有 廣 泛 的應(yīng) 用 前 景 。關(guān) 鍵 詞 : 二 氧 化 欽 ，碳 納 米 管 ，溶 膠 一凝 膠 法 ，鎳 摻 雜 ，可 見 光A B S T R A C TW ith th

10、e d ev elo P m en t o f in du stry ，m o re an d m o re w aste s are P o u red into the n ature ， th r e a te n P e o P le ，5 h e a lt h a n d in f lu e n e e t h e a d v a n e e m e n t o f e e o n o m ie s . T h e re f o re ，it 15 im P o r ta nt f or P e o P le s lif e to e f fe c ti v e ly e lim i

11、n a te th e d e le te ri o u s su b sta n e e s in w a te r a n d air.R eeen tly ，P h o to eatalytie o x id atio n b y sem ieo n du eto r eatalyst h as b een eo n sid ere d as o n e o f a few adv an eed o x id atio n m eth o d s. T h is PrO eess o f P he to e ata lytie o x id atio ne a n o x id iz e

12、 t he o rg a n ie o r in o rg a n ie P o llu t a n ts in to sim P le n o n to x ie su b sta n e e s ，su c h a s C 0 2 an d H ZO . Th e P h o to e ata lytie o x id atio n o f o rg an ie co m P o un d s w ith sem ie o n d u eto r e ata lys ts su eh a s T iq ，Z n O an d C d S h a s b e en e x te n siv

13、e ly stud ied in the P a st d e e a d e s: o fthe v ari o u s sem ie o n d u eto rs，T IO Z 15 o n e o f m o st P ro m isin g e atalys ts in the P h o to e ata lytied e g r a d a tio n o f o rg a n ie P o llu ta n ts，b e e a n se it 15 sta b le ，n o n 一e o r m siv e ，e n vi r o n m e n ta lly 伍 e n d

14、 ly ， a b u n d a n t a n d e o st e f fe e tiv e . H o w e v e r， T IO Z a s P h o to e a ta ly st h a s so m e d isad v an tag e . T h e P h o to eata lytie aetiv ity o f T IO Z 15 lim ited b y fast ch arg e 一c a幣 e r re e o m b in a tio n a n d its lo w q u a n ta e f fi e ie n e y . T IO Z 15 a

15、la rg e b a n d 一g a P se m ie o n d u c to r(一3 .2 eV ) an d it ean o n ly ab soth u ltrav io let ligh t b elow 3 87nm . 5 0 it ean o n ly u tilize av e ry sm a ll f ra e tio n o f th e so la r sP e e tra d u e to its b a n d 一g a P e n e rg y . T h e lo w e r q u a n ta e f fi e ie n e y a n d w i

16、d e b a n d g a P a re th e m a in f ae to rs to re str ie t th e P ra e tie a lity a n din d u stri aliz atio n o f P h o to eatalytie o x id atio n . C o n seq u en tly an y im P rov em en t o f戶 otoeatalytie effi eien ey an d sh ifting its oP tieal resP on se to the visible reglon w ill h av e aP

17、 r o f ou n d P o sitiv e e f fe e t.R ecently ，m an y effo rts h av e b een m ad e to m o d ify TIO : in ord er to im P rov e its P ho to eatalytieaetiv ityinth ev isib leligh t region . F or ex am P le， io n sd o P in g ， se m ie o n d u e to r e o m P o u n d in g ，n o b le m e ta l d e P o sitin

18、 g ， P h o to se n sitiz a tio n a n d 50 o n .In our stud y ，w e m o d ify the T io : b y sem icon d u etor eom P ou n din g an d ion s d o P in g toim P r o v e th e P h o to e a ta lie a b ility a n d u t iliz a tio n o f so la r sP e e tra .B e e a u se e a t h o n n a no t ub e o f l七rs e x e i

19、tin g P o ssib ilitie s f or n a n o m e te r -se a le a P P lic a tio n s in th e f ie ld s o f se n so rs，e le c tr o n ie d e v ie e s，a n d g a s sto ra g e o w in g to t h e ir u n iq u e a to m ie st ru e t ur e ， la rg e sP e c if ic su rf ae e a re a ， re m a rk a b le m e c h a ni e a l a n

20、 de le c tr o n i e P ro P e rt ie s . F irstly ，m u lti一w a lle d e a rb o n n a n o t ub e a n d n a n o s加 e t ur e d T i ta n ia (Ti0 2) co m P o site eataly sts are P reP ared from su rfaee一m o d ified M W C N T v ia a w et c h e tn ie a l r o u t e . D if fe re n t c ry sta llin e p h a se s o

21、 f t h e e o m P o site s a r e t ri g g e re d to f o r m a f te rIVe ale in e d at d iffe ren t tem P e ra tUre . B o th e o m P o site s o f d iffe re nt P h a se s e x h ib it e x e e lle ni Pho toeatalyti e aetivity un der u ltrav iolet or visib le ligh t.lt 15 obviou sely th at the qu an ta e

22、f fi c ie n tly a n d so la r sP e e t ra u tiliz a tio n o f M W C N T /T IO Z a re im P ro v e d e o m P a re d w ithp ure T i0 2. A 加 ie al tran sm issio n ele ctr o n mi ero seoP e P h o to d isP lay s that M W C N T w a s tigh tly co ated w ith T io : n an oP art ieles. M ean w hile，U ltrav iol

23、et-visib le sP ectra an d P h o to lu m in e se e n e e sP e c t ra re v e a le d t he h c te ro 一str u c t ure o f M W C N T 廳 10 2 e o m P o site sa re f or m e d . M u tiw a lle d e a rb o n n a n o t ub e n o t o u ly e a n m o d u la te t he b a n d g a P e n e rg y b u talso ean aeceePt eleetr

24、o n s o f T IO 2. S u eh a h etero 一stru eture h 沙 rid enh an ees the P h oto eatalytie effi cien ey an d v isib le一ligh t u tilization o f T it耐 a. Th e P h oto eatalytie o x id a tio n e f fi e ie n e y o f o rg a n ie e o m P o u n d s 15 im P r o v e d .S e e o n d ly ， w e se le e t m e ta l io

25、 n d o P in g a s a n a lte m a tiv e m o d if ie d m e t ho d . I n t h eP r ese n t，t he in v e stig a tio n s a b o u t d o P in g e le tn e n ts m o stly f o c u s o n tr an sitio n m e ta l io n s . A lthou gh som e n ob le m etal eo一eataly st，esP ecially P t，sh ow s ou tstan din g P erib rm an

26、 ee for P h o to eatalytie ab ility ，it 15 fai rly eo stly . Th ere fore，an o th er imP o rtant b ase m ctal，for ex am Ple n ick el 困 i)，15 P roP osed to b e m ore em 戶 asized b eeau se o f its m u ch relativ e e o st一e f re e tiv e n e ss . In th is w o 眾 ，a se r ie s o f T io Z :N iZ+ e a ta ly st

27、s w e re p re p a re d b y m o d i五e d50 1一 e l m e t ho d . A n d w e m a k e u se o f in d ig o e a nn in e a s t h e m o d e l re a e tio n in a q u e o u s so lution u n d er v isib le ligh t to study the Ph o tocatalytie activities o f N i doP ed T IO : sam P le w ith d if fe r en t st ru e t u

28、re . T h e d o P in g a m o u n ts，e a le in a tio n s te m P e ra tu r e ，a n d su r i滋e e sta tew e re in v e stig a te d . T h e l % 一N i一d o P e d T IO Z c a le ln e d a t 4 0 0 oC h a s t he b e st P h o to e a ta lie ab ility. A n in d igo ean n in e so lu tion o f IO m 叭 w as eo mP lctely P h

29、 o to d egrad ed in 5 0 m in u te s in th e P re se n e e o f a s一o b ta in e d P h o to e a ta ly st u n d e r v isib le lig h t. A se ri e s o fst rU e t ure a n a ly sis ，su e h a s X P S ，T E M ，a re e m P lo y e d to in v e stig a te t h e st ru e t u re o f th e N i爪 0 2 c o m P o s ite in d e

30、 ta ils . T h e re su lts in d ie a te t ha t a t th e lo w e r te m P e ra t ur e ，in ste a d o fth e sim P le in te r i兔e e e o m P o u n d in g re P o r te d b y s o m e re f er en e e s ，th e N i io n s e o u ld b e in s e rt e d in to t h e c r y s ta l la ttie e o f T I O Z，a n d f o r m th e

31、in n o v a tiv e m a te ri a l. I n t hi s s y ste m ， t he e n e r g y le v e l s加 e t ur e o f T I O Z w o u ld b e c h a n g e d b y th e N i io n s ，a n d m a n y d e f ec ts a rein e x iste n e e . A t the sam e tim e ，the e ffi e ie n c y o f P h o to e a ta lytie o x id atio n 15 im P ro v ed

32、dr出刀atieally un d er the v isib le ligh t.In t his w o r k ， s e v e ra l n e wm o d if ie d T i0 2 P h o to e a ta ly sts a r e P re P a re d b y u s in g d if fe r en i s y n t h e tie m e t ho d s a n d m o d if ie d structure. Th ese 曲 o to eatalysts sh ow a w id eVvisible一light resP on se an d

33、h igh Ph oto eatalytie aetivities. Th ey are exPected to b e u sed ind e g r a d in g w a ste w a te r，in d o o r a n d o t he r h a nnf u l g a s e s a n d 50 o n .Ke yw o rd s:TIO Z， C arb o n n an otub e， 5 0 1一G el， N i d oP ing ， Vi sib le ligh t.V I目錄第 一 章緒 論 . . . .·· 11. 1 半 導(dǎo) 體 光

34、催 化 發(fā) 展 歷 程 . 11.2 二 氧 化 欽 的結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì) . 11.3 二 氧 化 欽 光 催 化 反 應(yīng) 機 理 . 21.4 二 氧 化 欽 的制 備 方 法 . 31.4 . 1 液 相 法 合 成 二 氧 化 欽 . 41.4 .2 氣 相 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ······ 71.5 二 氧 化 欽 催 化 劑 改 性 . 81.5. 1 貴 金 屬 沉 積 . . . 81.5.2 復(fù) 合 半 導(dǎo) 體 . ，. 91.5

35、.3 離 子 摻 雜 . 101.5 .4 光 敏 化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .· 101.6二 氧 化 欽 在 光 催 化 方 面 的 實 際 應(yīng) 用 . . . . . . . . . . . . . . . n1.6 . 1 有 機 污 染 物 的光 催 化 降解 . . n1.6 .2 無 機 污 染 物 的 處 理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n1.6 .3 空 氣 凈 化 . . . . . . . . . . . .

36、. . . . . . . . . . . . . . . n1.6.4 光 催 化 殺 菌 . . n1.6 .5 光 催 化 分 解 水 制 氫 . . 121.7 本 論 文 的選 題 思 路 . 12第 二 章多壁 碳 納 米 管 / 二 氧 化 欽 復(fù) 合 催 化 劑 的制 備 及 其 光 催 化 性 能 . . 142 . 1 弓I言 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 .2 實 驗 部 分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37、. . . . . 142 .2 . 1 實驗 儀 器 及 試 劑 . 142 .2 . 2 催 化 劑 的 制 備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 .2 .3 光 催 化 活 性 測 定 實 驗 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 .2 . 3 表 征 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

38、.3 結(jié) 果 與 討 論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 . 3 . 1 傅 立 葉 紅 外 光 譜 (F T 一IR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 . 3 .Z X 射 線 衍 射 光 譜 (X RD ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 .3 .3 光 催 化 活 性 的 研 究 . . . . . . . . . .

39、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 .3.4 透 射 電鏡 (TEM) . . 232 .3.5 紫 外 一可 見 漫 反 射 光 譜 (UV一V is) . . 252 .3.6 熒 光 光 譜 (P L) . 262.3.7 MW CN T/ Ti 02復(fù)合 催 化 劑 的催 化 機 理 . . . . 272.4 小 結(jié) . . . 28第 三 章鎳 摻 雜 二 氧 化 欽 催 化 劑 的制 備 及 其 光 催 化 性 能 . . . . . . . 293. 1 引 言 . . . 293.2 實 驗 部 分 . . . 3

40、03.2 . 1 實 驗 儀 器 及 試 劑 . . . . 303 .2 .2 實 驗 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 .2 .3 表 征 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.3 結(jié) 果 與 討 論 . . . 333.3. I X 射 線 衍 射 光 譜 (x RD). . . 333 .3 .2 催 化 劑 的 形 貌 (EM). . . 353.3.3可 見 光 催 化 活 性 的研 究 . . 363.3.3 紫

41、外 一可 見 漫 反 射 光 譜 (UV一V is) . . 413.3 .4 熒 光 光 譜 (P L) . 423 .3.S X 射 線 電子 能譜 (XPS ) . . 433.4 小 結(jié) . 48第 四章 結(jié) 論 . . . . . . . . . . . . . . . . 49附 錄 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 0參 考 文 獻 . . . . . . . . . . . .

42、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51致謝 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57華 東師 范 大 學(xué) 2009 年 碩 士學(xué)位 論 文第 一 章緒 論1. 1 半 導(dǎo) 體 光 催 化 發(fā) 展 歷 程光 催 化 反 應(yīng) 是 光 和 物 質(zhì) 之 間 相 互 作 用 的 一 種 方 式 ，是 光 反 應(yīng) 和

43、 催 化 反 應(yīng) 兩 種 反 應(yīng) 的結(jié) 合 ，是 在 光 和 催 化 劑 同 時 作 用 下 所 進 行 的 化 學(xué) 反 應(yīng) 。早 在 19 世 紀 初 B ec qu erel 川 就 報 道 了浸 在 電解 質(zhì) 溶 液 中 的 氯 化 銀 電極 和 另 一 相 反 的 電極 連 接 ，在 太 陽 光 照 射 下 能 產(chǎn) 生 電壓 和 電流 的現(xiàn) 象 。1972 年 ，A. Fujish im a 和 K. H ond a 【2，首 先 報 導(dǎo) 了在 光 照 射 下 TIO : 電極 可 發(fā) 生 光 分 解 水 并產(chǎn) 生 H : 的現(xiàn) 象 ，開創(chuàng) 了光 催 化 研 究 的新 紀 元 。 19

44、76 年 ， c are y 3，發(fā) 現(xiàn) 在 紫 外 光 照 射 下 水 中 的 有 機 污 染 物 聯(lián) 苯 和 氧 化 聯(lián) 苯 能 夠 被 光 催 化 氧 化 分 解 ，這 一 研 究 發(fā) 現(xiàn) ，被 認 為 是 光 催 化 技 術(shù) 在 消 除 環(huán) 境 污 染 物 方 面 的 首 創(chuàng) 性 的 工 作 ，并 且 很 快 被 應(yīng) 用 于 環(huán) 境 治 理 研 究 。 1977 年 ， S .N .Frank 和 A. J.B ard en 【首 次 報 道 了用 氨 燈 作 光 源 ，用 多 種 催 化 劑 對 cN 一和 5 0 32一進 行 光 解 的研 究 ，發(fā) 現(xiàn) Tio Z，z n o ，

45、c d s ，F(xiàn) e20 3 能有 效 催 化 c N 一和 5 03 2一，這 使 得 用 光 催 化 劑 處 理 污 水 拉 開 了序 幕 。到 了 90 年 代 ，光 催 化 的研 究 已相 當活 躍 。在 此 期 間發(fā) 表 了大 量 關(guān) 于 光 催 化 劑 將 環(huán) 境 中 的有 害物 質(zhì) 分 解 成 無 害 物 質(zhì) 的報 告 ，報 告 指 出光 催 化 的優(yōu) 點 在 于 其 在 室 溫 下 反 應(yīng) 能 力 強 ，能 夠 成 功 用 于 有機 污 染 物 的 降解 ，并 將 有 機 物 完 全 礦 化 分 解 。由于 光 催 化 氧 化 技 術(shù) 具 備 以上 獨 特 的性 能 ，使 其

46、在 水 和 空 氣 的 凈 化 尤 其 是 飲 用 水 和 室 內(nèi)空 氣 深 度 凈 化 處 理 方 面 具 有 巨大 的應(yīng) 用 潛 力 。目前 日本 是 在 該 領(lǐng) 域 做 的最 出色 的 國家 之 一 【5，他 們 研 發(fā) 的產(chǎn) 品 在 環(huán) 境 凈 化 方 面 得 到 廣 泛 應(yīng) 用 ，正 處 于 “光 凈 化 革 命 ”的浪 潮 中 。美 國和 西 班 牙 等 國進 行 的 大 規(guī) 模 利 用 太 陽 能 光 催 化 凈 化 工 業(yè) 廢 水 的 實 驗 結(jié) 果 表 明 ，其 研 究 已取 得 了很 好 的 效 果1 6 一7 1近 年 來 ，光 催 化 正 在 逐 步 形 成 一 個 獨

47、 立 的 研 究 領(lǐng) 域 ，尤 其 是 半 導(dǎo) 體 光 催 化 氧 化 法 自用 于 處 理 水 中 有 機 污 染 物 以來 ，越 來 越 受 到 人 們 的 關(guān) 注 ，現(xiàn) 己成 為 水 處 理 工 作 者 們 極 感 興 趣 的課 題 和 研 究 的 熱 點 【8。根 據(jù) 國 內(nèi)外 研 究 的 現(xiàn) 狀 和 發(fā) 展 ，目前 研 究 的 主 要 內(nèi) 容 包 括 : 探 索 反 應(yīng) 機 理 ，設(shè) 計 和 制 造 新 型 光 源 ，反 應(yīng) 器 ，鑒 別 中 間 產(chǎn) 物 及 最 終 降 解 產(chǎn) 物 ，合 成 新 型 載 體 及 光 催 化 劑 或 對 其 進 行 修 飾 ， 探 索 光 催 化 技

48、術(shù) 與 其 他 技 術(shù) 的 禍 合 9一，。 因 此 ，光 催 化 氧 化 技 術(shù) 作 為 一 項 很 有 前 途 的 新 技 術(shù) ，在 基 礎(chǔ) 理 論 和 實 際 應(yīng) 用 等 方 面 還 有 許 多 工 作 有 待 我 們 進 一 步 去 完 善 和 實 踐 。1.2 二 氧 化 欽 的 結(jié) 構(gòu) 和 性 質(zhì)二 氧 化 欽 是 一 種 無 毒 ，不 溶 于 水 、有 機 酸 和 弱 無 機 酸 ，微 溶 于 堿 的 白色 粉 末 。可 完 全 溶 解 于 長 時 間 煮 沸 的濃 硫 酸 以及 氫 氟 酸 中 ，在 1800 以上 逐 漸 熔 融 。 二 氧 化 欽華 東師 范大 學(xué) 2009

49、 年碩 士學(xué)位 論文是 一種 重 要 的氧 化 陶 瓷 ，同時 也 是 一 種 具有 寬禁 帶 的半 導(dǎo) 體 材 料 。它 具 有 優(yōu) 良的化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 和 熱 穩(wěn) 定 性 ， 良好 的介 電性 質(zhì) 和 光催 化 特 性 ，抵 抗 電化 學(xué)腐 蝕 特 性 等 。已被 廣 泛 應(yīng) 用 到 發(fā) 光 材 料 、太 陽 能 電池 、光 催 化 、 電子 器 件 以及 介 電材 料 等 領(lǐng) 域 【3，。二氧 化 欽 “41為 n 型 半 導(dǎo)體 ，欽 原 子 具 有 22 個 電子 ，位 于 3d 軌 道 的 4 個 價 電子 與氧 原 子 形 成 共 價 鍵 ，其 晶體 結(jié)構(gòu) 屬 閃鋅 礦 結(jié) 構(gòu)

50、 。TIO : 有 三 種 晶型 ，分 別 為 金 紅 石 、 銳 欽 礦 和 板 欽 礦 。板 欽 礦 在 自然 界 中很 稀 有 ，屬 斜 方 晶系 ，是 不 穩(wěn) 定 的 晶 型 ，在 60 0 左 右 開 始 轉(zhuǎn) 化 為金 紅 石 型 。金 紅 石 型 和 銳 欽 礦 型 都 屬 于 四方 晶系 ，但 具 有 不 同 的 晶格 。 金 紅石 型 晶體 細 長 ，呈 棱 形 晶體 ，通 常 是 孿 晶 ，而 銳 欽 礦 一 般 近 似 規(guī) 則 的 八 面 體 。在 高 溫 下 銳 欽 礦 型 轉(zhuǎn) 變 為 金 紅 石 型 。 其 中 ，銳 欽 礦 型 二 氧 化 欽 具 有 良好 的 光 催 化 活 性 ， 是 當前 最 具 有 應(yīng) 用 潛 力 的 一 種 光 催 化 劑 。它 具 有 無 毒 性 、來 源 豐 富 、成 本 低 、有 很 強 的氧 化 性 和 還 原 性 等 特 點 3。 二 氧 化 欽 作 為 經(jīng) 久 耐 用 的 光 催 化 劑 已被 應(yīng) 用 于 處 理 各 種 環(huán) 境 問題 。1.3 二 氧 化 欽 光 催 化 反 應(yīng) 機 理半 導(dǎo) 體 的 能 帶 是 不 連 續(xù) 的 ， 半 導(dǎo) 體 的 能 帶 結(jié) 構(gòu) 包 括 一 個 充 滿 電 子 的 低 能 價 帶 (v alen ce b an d ，V B ) 和 一 個 空 的 高