鑭摻雜型TiO2、BiOI光催化粉體和CNTs-TiO2光催化超憎水薄膜的制備與研究.pdf

1、近年來，光催化材料在環(huán)境凈化領域的研究和應用，引起了人們廣泛的關注，其中研究最多的光催化材料為TiO2，由于它價廉、性能高以及安全性，在大氣/水污染凈化治理等環(huán)保領域的應用最具潛力而成為研究焦點。然而TiO2存在光子利用率低、光生電子空穴對復合迅速等缺點，限制了實際應用，需進一步改善。本文研究目的是制備高活性光催化劑，從兩個方面著手:提高光生電子空穴對的利用率，采用稀土元素La摻雜和La，F共摻雜對TiO2結構進行控制;提高光催化劑對太

2、陽能的利用，制備了一種圓環(huán)結構的可見光型光催化劑BiOI。本論文采用了新穎簡易的制備方法，制備得到的3種光催化劑具體如下:①鑭摻雜改性TiO2(下文中以“La-TiO2”表示)粉體;②鑭氟共摻雜改性TiO2(下文中以“(La，F)-TiO2”表示）粉體;③微米圓環(huán)碘氧化鉍(BiOI)粉體，并詳細討論了它們的結構和光催化性能的關系。
　　超憎水材料表面幾乎不粘水，水珠能立即滾落同時帶走表面的污染物，從而起到自清潔和防霧的效果，目前同

3、時具有光催化和超憎水的多功能薄膜，在自清潔玻璃如建筑物、汽車和光伏等領域應用前景大，本論文制備了CNTs/TiO2光催化超憎水透明多功能性復合薄膜，并研究了它們的結構和光催化超憎水性能之間的關系。
　　本文的主要研究內容簡要如下:
　　(1) La-TiO2光催化粉體
　　以鈦酸納米管為前驅體，通過引入稀土金屬元素La，采用水熱法制備了La-TiO2光催化粉體。與未摻雜TiO2對比，La-TiO2粉體增加了表面缺陷/氧

4、缺陷，表面缺陷能夠吸附氧氣形成O-基團，進行空穴捕獲，抑制了載流子的再復合，顯著提高了光催化活性。
　　(2)(La，F)-TiO2光催化粉體
　　以鈦酸納米管為前驅體，通過La、F共摻的水熱合成方法，成功制備了具有高光催化活性的、結晶-無序核-殼結構銳鈦礦相(La，F)-TiO2粉體。表面的無序殼是由(La，F)共摻，La3+占據晶格間隙，F-取代晶格中O2-位置而形成。無序表面殼層引起能帶彎曲，能夠有效地捕獲光生空穴，結

5、晶-無序核-殼結構(La，F)-TiO2在紫外光照射下降解甲基橙，顯示了高的光催化活性。這是合成結晶-無序核-殼結構銳鈦礦相TiO2光催化劑的一種新途徑。
　　(3)可見光反應型BiOI光催化粉體
　　用乙醇-油酸的混合溶劑為反應媒介，通過一步水熱法合成了由納米片組裝而成的BiOI微米圓環(huán)。同樣實驗條件下，當不含油酸時，僅得到BiOI微米片。在乙醇-油酸混合溶劑的反應體系中，油酸起著誘導作用，油酸中的羧酸基團可以與Bi離子發(fā)

6、生相互作用形成復合物(-COO--Bi3+)，該復合物通過吸附在BiOI晶核的晶面，控制BiOI的定向生長，從而誘導納米片組裝形成圓環(huán)。實驗制備的微米圓環(huán)狀結構BiOI與微米片狀結構BiOI相比，可見光催化活性提高了30％。該實驗呈現了一種新的、簡單的制備微米圓環(huán)的方法。
　　(4)光催化超憎水透明多功能性CNTs/TiO2復合薄膜
　　使用液相沉積法，沉積液中添加CNTs分散液，在玻璃基板上制備了CNTs/TiO2光催化超

7、憎水透明復合功能薄膜。550nm波長時透過率達到79％，接觸角達到160±3°，滾動角小于2°;另外，紫外光照射下降解亞甲基藍溶液時，CNTs/TiO2薄膜的光催化效果是純TiO2薄膜的1.6倍。該薄膜的微觀形貌觀察表明，高分散、大小均勻的TiO2納米顆粒沿著納米管生長，負載在碳納米管表面，CNTs與TiO2之間形成了Ti-O-C化學鍵合，Ti-O-C化學鍵合起到橋梁作用，促進CNTs和TiO2的相互沉積，使CNTs和TiO2組裝形成復