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题名	过渡金属修饰的氮掺杂二氧化钛及其可见光催化性能研究
作者	孙彩霞
学位类别	博士
答辩日期	2011
授予单位	中国科学院金属研究所
授予地点	北京
导师	尚建库
关键词	光催化 氮掺杂二氧化钛 金属修饰 可见光催化
学位专业	材料物理与化学
中文摘要	"光催化在环境领域的潜在应用价值得到了越来越多的关注，设计开发可见光下具有高效率的光催化材料是研究的热点。研究发现非金属掺杂可以提高TiO2材料对可见光的吸收，但是光催化效率较低。因此本论文结合过渡金属在光催化反应过程中的电子受体作用，可以阻止光生电子和光生空穴的复合，在N掺杂二氧化钛（TiON）的基础上进行过渡金属修饰，对合成的催化剂材料进行可见光光催化降解和光催化杀菌测试。重点研究了材料修饰改性和材料可见光催化性能之间的关系。       首先采用溶胶快速凝胶法，制备了Ag、Ni共修饰的TiON(N掺杂二氧化钛)前驱体（Ag2O/NiO/TiON），重点考察了煅烧温度对材料光催化性能的影响。结果表明：煅烧温度对材料可见光催化效果有重要影响。当样品在400 oC煅烧时，材料的结晶较完善，对可见光有强烈的吸收，材料表现出了很高的可见光催化活性；当样品在低于400oC煅烧时，材料的结晶度较差，对可将光的吸收较弱，不利于材料光催化性能的发挥；当材料在500 oC煅烧时，材料的结晶度较好，但是基体中的N含量减小，导致材料在可见光下的光催化活性减弱。结果在利用快速凝胶法制备Ag2O/NiO/TiON时，最佳的煅烧温度为400 oC。         基于上述研究结果，在制备过程中通过改变过渡金属离子（Ag+）和（Ni2+）的添加量，考查了过渡金属离子单独添加时对材料（Ag2O/TiON和NiO/TiON）可见光催化性能的影响。Ag+的添加量对材料可见光催化性能有重要影响，当Ag+添加量为Ag:Ti=1:50（摩尔比）时，材料表现出很高的光催化效率，当低于此添加量时，材料的可见光催化活性较低，添加量高于Ag:Ti=1:50时，材料尽管具有较高的光催化活性，材料本身也具有一定的抗菌性。相反Ni2+添加量的变化对材料光催化活性的影响不是很大。在Ni2+添加量在1:300~1:30(Ni:Ti摩尔比)变化时，光催化性能几乎无变化。        此外本论文还研究了在制备过程中同时添加Ag+、Ni2+离子，利用Ag2O和NiO之间的协同作用共同对TiON基体进行修饰，参考Ag+、Ni2+单独添加时对材料可见光催化性能的影响规律，选定Ni:Ti添加量为1:300,考查了Ag+添加量对NiO/TiON光催化性能的影响。结果显示：当Ag+添加量为Ag:Ti=1:50（摩尔比）时，Ag2O/NiO/TiON材料表现出很高的光催化效率，但是效果远远高于此添加量时的Ag2O/TiON；Ag2O/NiO/TiON表现出来的光催化效率不是Ag2O/TiON和Ni/TiON的简单叠加，而是存在着协同效应，文中对这种效应进行了讨论。同时为了更好地理解光催化杀菌的过程以及机理，通过对作用前后细菌形貌观察，初步理解了光催化杀菌过程，在光催化过程中，细菌的细胞膜首先得到破坏，接着细菌内部结构产生一系列变化。        最后利用有机泡沫模板法制备了一种金红石型TiO2泡沫材料，制备工艺中采用20000（聚乙二醇）调节浸渍浆料的粘度，结果显示在PEG添加量为1wt%浆料的流动性和粘度比较适合浸渍。在后续的热烧结过程中，发现煅烧温度对材料的孔隙率、收缩率、以及压缩强度有很大影响，在1400 oC煅烧时，材料仍然具有高达近80%的开孔率和透光性。以具有高孔隙率和较高强度的金红石泡沫材料为载体，负载具有可见光催化性能的锐钛矿型TiO2，得到了金红石和锐钛矿相复合的大孔泡沫光催化剂材料，这种材料在可见光下具有很好光催化效果，并且易于回收和再生，对大规模的实际使用具有很好的推动作用。"
公开日期	2013-04-12
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.72.142.130/handle/321006/64296]
专题	金属研究所_中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	孙彩霞. 过渡金属修饰的氮掺杂二氧化钛及其可见光催化性能研究[D]. 北京. 中国科学院金属研究所. 2011.

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