论文部分内容阅读
工业化的高速推进不仅促进了社会的进步，也引发了诸如环境污染和能源危机等重大问题，尤其是空气污染和水污染，直接影响着人们的生活。资源节约型和环境友好型能源替代传统能源有利于解决这两大问题，太阳能因其清洁、无污染、储备丰富，被作为最佳的候选能源，因此提高太阳的利用率已成为各领域最热门的课题。光催化领域研究的内容是将太阳能经过半导体材料直接为化学反应提供动力。 锐钛矿型二氧化钛作为一种稳定、无毒、光响应能力强的半导体材料，成为该领域研究的热门材料。但是将二氧化钛用于直接转化太阳能存在两大重要缺陷:一、对太阳光的吸收限定在波长小于380nm的紫外光区域，而这种紫外光仅占太阳光比例为6％左右;二、二氧化钛较低的光子利用率抑制光能转化为可利用化学能的效率。而通过对二氧化钛进行阴阳离子掺杂、氟化作用、半导体耦合、染料敏化、晶面比例控制等方法可在一定程度上解决这两大缺陷。本文采用简单的溶剂热法在一定条件下成功合成Ti3+掺杂蓝色TiO2纳米材料和Cu2O-TiO2异质结结构，并将这两种材料用于可见光催化降解亚甲基蓝染料研究其可见光下光催化活性。 主要的成果如下: 1)以乙醇为溶剂，钛酸四丁酯为钛源，氢氟酸溶液为结构导向剂，成功合成出具有可见光效应Ti3+掺杂蓝色锐钛矿型二氧化钛纳米材料。对亚甲基蓝染料在可见光下的降解率可达到98.5％。 2)系统地考察了乙醇、氢氟酸加入量、水热反应时间、水热反应温度等反应条件的影响。最佳的合成条件是:在80mL醇溶液体系中，加入2.4mL40％的氢氟酸溶液，在180℃温度下水热反应24h以上，会形成Ti3+掺杂的锐钛矿型二氧化钛。 3)乙醇的作用是减缓氢氟酸对二氧化钛晶体生成的影响，在没有乙醇的体系中，氢氟酸加入量为1.2mL-3.6mL，钛酸四丁酯水解产物为锐钛矿型二氧化钛，氢氟酸加入量为3.6mL-7.2mL，钛酸四丁酯的水解产物为锐钛矿型二氧化钛、金红石型二氧化钛和二氟氧钛;氟/钛投料摩尔比在0.9左右有利于氟离子进入晶格中;水热反应时间大于24h有利于Ti3+的形成;180℃是最佳的水热温度。 4)通过对在不同条件下合成样品进行XRD衍射、紫外-可见漫反射、x射线光电子能谱、电子顺磁共振能谱等表征，综合分析表征结构。得到氟调节形成Ti3+掺杂二氧化钛形成机理:氟原子取代表面羟基，与锐钛矿型二氧化钛(001)晶面的钛原子形成≡Ti-F。在晶体沿着(001)晶面生成过程中，≡Ti-OH之间发生脱水缩合，而≡Ti-F随着晶体的生长而进入到晶格中，随着水热反应时间的增加，进入到晶格中的氟原子量增加，从而Ti3+的浓度增加。