铌掺杂/自掺杂二氧化钛的制备及光催化性质研究
发布时间：2022-11-05 07:57
TiO2在光催化治理环境污染和获得清洁能源等方面具有广泛应用。提高TiO2对太阳光的利用能力是目前光催化领域研究的热点问题。利用掺杂引入缺陷可以拓宽TiO2光谱吸收范围、提高太阳光利用率。本文以Nb5+掺杂Ti O2和自掺杂TiO2为研究对象,以获得更高光催化性能的TiO2为研究目标,研究了多种制备方法对掺杂方式、缺陷状态、以及Ti O2光谱吸收性质的影响规律,探索了提升掺杂Ti O2的光催化性能可能途径。具体研究工作如下:利用超声喷雾热分解过氧化钛前驱体的方法制备Nb掺杂TiO2多孔微球。Nb掺杂导致TiO2可见光响应增强,可见光催化降解乙醛的速率提升,但是乙醛的完全矿化能力变弱。研究表明过氧化钛前驱体制备的TiO2具有表面过氧和体相Ti3+缺陷,随着Nb掺杂浓度的增加,表面过氧和体相Ti3+缺陷态密度增加,可见光响应增强,可见光催化乙醛的降解速率提升。然而表面过氧缺陷降低了光生空穴的氧化能力,体相Ti3+加剧了光生载流子的复合,最终导致TiO2可见光下对乙醛的完全矿化能减弱,同时太阳光、紫外光催化性能变差。利用磁控溅射制备Nb掺杂TiN薄膜,在空气气氛中对TiN薄膜进行热处理制备N...
【文章页数】：101 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
第一章引言
1.1 半导体光催化研究概述
1.1.1 半导体光催化研究的起源
1.1.2 半导体光催化的应用领域
1.1.3 半导体光催化的原理
1.1.4 半导体光催化材料的种类
1.2 TiO_2半导体光催化材料
1.2.1 TiO_2的晶体结构
1.2.2 TiO_2的能带结构
1.2.3 TiO_2光催化发展面临的主要问题
1.3 掺杂TiO_2的研究现状
1.3.1 金属掺杂TiO_2
1.3.2 非金属掺杂TiO_2
1.3.3 自掺杂TiO_2
1.3.4 共掺杂TiO_2
1.3.5 表面修饰提高TiO_2可见光响应
1.4 选题依据与研究内容
参考文献
第二章缺陷诱导黄色Nb掺杂TiO_2的可见光催化活性研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 Nb掺杂TiO_2微球的制备
2.2.2 Nb掺杂TiO_2微球的实验表征
2.2.3 Nb掺杂TiO_2微球的光催化实验
2.2.4 Nb掺杂TiO_2微球的光致变色实验
2.3 结果与讨论
2.3.1 Nb掺杂TiO_2微球的形貌和晶体结构的研究
2.3.2 Nb掺杂TiO_2微球的光学性质的研究
2.3.3 Nb掺杂TiO_2微球光催化降解乙醛活性和光致变色现象研究
2.3.4 Nb掺杂TiO_2缺陷机理研究
2.4 本章小结
参考文献
第三章 [001]取向Nb掺杂TiO_2薄膜制备及光催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 Nb掺杂TiO_2薄膜的制备
3.2.2 Nb掺杂TiO_2薄膜材料表征
3.2.3 Nb掺杂TiO_2薄膜气相乙醛降解光催化实验
3.2.4 Nb掺杂TiO_2薄膜自清洁测试
3.3 结果和讨论
3.3.1 Nb掺杂TiO_2薄膜的晶体结构研究
3.3.2 Nb掺杂TiO_2薄膜光学性质研究
3.3.3 Nb掺杂TiO_2薄膜的太阳光催化性能研究
3.3.4 Nb掺杂TiO_2薄膜的自清洁研究
3.4 本章小结
参考文献
第四章乙醇浸渍制备自掺杂TiO_2的可见光催化性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料的制备
4.2.2 材料的表征
4.2.3 光催化实验
4.2.4 DFT理论计算
4.3 结果和讨论
4.3.1 乙醇处理TiO_2的光学和结构性质研究
4.3.2 乙醇处理TiO_2的可见光催化性能研究
4.3.3 乙醇处理TiO_2的实验模拟与DFT理论计算研究
4.3.4 乙醇处理TiO_2形成氧空位方法的通用性研究
4.4 本章小结
参考文献
第五章 Fe(III)物种负载表面缺氧TiO_2-x可见光催化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料的制备
5.2.2 材料的表征
5.2.3 光催化实验
5.3 结果和讨论
5.3.1 Fe(III)负载表面氧缺陷TiO_2的光学和结构性质研究
5.3.2 Fe(III)负载表面氧缺陷TiO_2的可见光催化性能研究
5.3.3 Fe(III)负载表面氧缺陷TiO_2的光催化性能提升机制分析
5.4 本章小结
参考文献
第六章总结
附录(Appendix)
致谢
在学期间公开发表论文及参加学术会议情况
本文编号：3702207
【文章页数】：101 页
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英文摘要
第一章引言
1.1 半导体光催化研究概述
1.1.1 半导体光催化研究的起源
1.1.2 半导体光催化的应用领域
1.1.3 半导体光催化的原理
1.1.4 半导体光催化材料的种类
1.2 TiO_2半导体光催化材料
1.2.1 TiO_2的晶体结构
1.2.2 TiO_2的能带结构
1.2.3 TiO_2光催化发展面临的主要问题
1.3 掺杂TiO_2的研究现状
1.3.1 金属掺杂TiO_2
1.3.2 非金属掺杂TiO_2
1.3.3 自掺杂TiO_2
1.3.4 共掺杂TiO_2
1.3.5 表面修饰提高TiO_2可见光响应
1.4 选题依据与研究内容
参考文献
第二章缺陷诱导黄色Nb掺杂TiO_2的可见光催化活性研究
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 Nb掺杂TiO_2微球的制备
2.2.2 Nb掺杂TiO_2微球的实验表征
2.2.3 Nb掺杂TiO_2微球的光催化实验
2.2.4 Nb掺杂TiO_2微球的光致变色实验
2.3 结果与讨论
2.3.1 Nb掺杂TiO_2微球的形貌和晶体结构的研究
2.3.2 Nb掺杂TiO_2微球的光学性质的研究
2.3.3 Nb掺杂TiO_2微球光催化降解乙醛活性和光致变色现象研究
2.3.4 Nb掺杂TiO_2缺陷机理研究
2.4 本章小结
参考文献
第三章 [001]取向Nb掺杂TiO_2薄膜制备及光催化性能研究
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 Nb掺杂TiO_2薄膜的制备
3.2.2 Nb掺杂TiO_2薄膜材料表征
3.2.3 Nb掺杂TiO_2薄膜气相乙醛降解光催化实验
3.2.4 Nb掺杂TiO_2薄膜自清洁测试
3.3 结果和讨论
3.3.1 Nb掺杂TiO_2薄膜的晶体结构研究
3.3.2 Nb掺杂TiO_2薄膜光学性质研究
3.3.3 Nb掺杂TiO_2薄膜的太阳光催化性能研究
3.3.4 Nb掺杂TiO_2薄膜的自清洁研究
3.4 本章小结
参考文献
第四章乙醇浸渍制备自掺杂TiO_2的可见光催化性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 材料的制备
4.2.2 材料的表征
4.2.3 光催化实验
4.2.4 DFT理论计算
4.3 结果和讨论
4.3.1 乙醇处理TiO_2的光学和结构性质研究
4.3.2 乙醇处理TiO_2的可见光催化性能研究
4.3.3 乙醇处理TiO_2的实验模拟与DFT理论计算研究
4.3.4 乙醇处理TiO_2形成氧空位方法的通用性研究
4.4 本章小结
参考文献
第五章 Fe(III)物种负载表面缺氧TiO_2-x可见光催化性能研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 材料的制备
5.2.2 材料的表征
5.2.3 光催化实验
5.3 结果和讨论
5.3.1 Fe(III)负载表面氧缺陷TiO_2的光学和结构性质研究
5.3.2 Fe(III)负载表面氧缺陷TiO_2的可见光催化性能研究
5.3.3 Fe(III)负载表面氧缺陷TiO_2的光催化性能提升机制分析
5.4 本章小结
参考文献
第六章总结
附录(Appendix)
致谢
在学期间公开发表论文及参加学术会议情况
本文编号：3702207
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