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：12材料（1）班姓 名：谷唐龍學(xué) 號：2012327101017指導(dǎo)教師：萬軍民日 期：2016年5月28日目 錄1234研究背景實驗結(jié)果分析研究內(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:利用簡單物理性質(zhì)的變化來除去水中的污染物，主要是用來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，通過吸附、氧化、還原、分解水中的某些污染物(3)化學(xué)法：通過化學(xué)反應(yīng)來去除水中的污染物，包括化學(xué)氧化、光氧化和電解其中光氧化法具有無毒、安全、穩(wěn)定性好、催化活性高、見效快、能耗低、可重復(fù)使用等突出優(yōu)點，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，其中TiO2比表面積較大、催化活性好、安全無毒無害等諸多優(yōu)點而越來越受到科學(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，科研界試圖通過卟啉敏化來拓展其對太陽光譜內(nèi)可見光的

3、吸收并降低電子空穴對重組的速度研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDSTiO2納米材料的改性為了解決TiO2對太陽光的吸收率低的問題，對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) 可見光區(qū)有長波段的吸收光反應(yīng)中心(2) LUMO能級足夠高，促成了卟啉在接受太陽光時激發(fā)的電子能夠注入到半導(dǎo)體材料的價帶

4、上； 卟啉HOMO能級足夠低，能夠確保其基態(tài)被氧化-還原電對再生。(3) 卟啉環(huán)可被針對性修飾取代，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光激發(fā)資源，制備卟啉- TiO2可見光光敏催化劑是可行的。 本論文以此作為研究思路開展研究。12通過新型水熱法和加熱回流法制備新型CuTCPP與H2TCPP來敏化制取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）研究內(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.通過超聲波清洗機(jī)超聲大約1.5 h, 然后，通過真空抽濾機(jī)過濾溶液，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，之后過濾收集過濾出的固體。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，之后過濾收集過濾出的固體。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 驗 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 驗 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即為卟啉化合物3實 驗 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION不同H2TCPP含量樣品的XRD光譜3實 驗 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 驗 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 驗 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 驗 結(jié) 果 與 分 析ANALYSIS AND DISCUSSION純TiO2納米管的EDSCuTCPP-TiO2納米管EDS3實 驗 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擴(kuò)大TiO2納米管在可見波長范圍內(nèi)的響應(yīng)，有效的轉(zhuǎn)移受激電子，并分離光生電子-空穴對最終結(jié)果顯示，TiO2納米管的光催化活性在可見光照下得到了提高。4總 結(jié)CONCLUSION 致 謝Acknowledgements 在此，我向在此次畢業(yè)設(shè)計期間幫助過我的老師、師兄以及同學(xué)致以我最真誠的感謝。 首先要感謝的是胡智文胡老師，因為胡老師我才能有這么好的一個平臺來展示這四年來所學(xué)到的知識。 我的導(dǎo)師萬軍民老師，他在百忙之中抽出時間對我進(jìn)行指導(dǎo)和幫助。本論文從選題，到設(shè)計，到分析，再到最后的寫作，都離不開萬老師悉心的指導(dǎo)與幫助。而