掺杂改性TiO2纳米复合催化剂的制备及光催化性能的研究

作     者：张红博 

作者单位：兰州理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：苏策

授予年度：2018年

学科分类：081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：氮掺杂石墨烯/TiO2纳米材料 氮掺杂石墨烯/TiO2/Ni纳米复合物 氮掺杂石墨烯/TiO2/Pt纳米复合物 光催化 水热法 

摘      要：随着当代社会工业化的迅速发展,造成了严重的水资源环境污染。利用半导体光催化剂降解治理水资源环境污染成为一种特有手段。TiO半导体是研究和应用范围最广的光催化剂之一。然而,由于TiO禁带宽度大于3.2 eV使得它只能吸收低于387nm的波长,属于紫外光区域的光能,只有太阳光总能的5%。同时,光催化反应过程中产生的光生电子-空穴对复合几率很快,导致光催化效率大幅度降低。另外,光催化剂对污染物的吸附能力也是影响光催化速率的另一个重要原因,提升光催化剂的吸附能力有助于提高光催化活性。因此,针对传统TiO光催化剂的局限性,本文进行了改性TiO纳米复合物的制备与光催化性能探究,具体内容如下:1、非金属石墨烯/聚乙烯亚胺共掺杂TiO复合物的制备及光催化性能研究。采用改进的Hummers法制备氧化石墨(GO),以聚乙烯亚胺(PEI)为交联剂和氮源,以硫酸钛为钛源利用水热法制备了二氧化钛/聚乙烯亚胺/石墨烯(TiO/PEI/RGO)纳米复合催化剂。以亚甲基蓝(MB)为底物,在可见光下进行光催化性能测试。研究表明该催化剂吸附性能比纯TiO显著提高,光生电子-空穴对复合速率大大降低,MB的降解速率大幅度提升。2、过渡金属镍掺杂TiO/PEI/RGO纳米复合催化剂的合成及光催化性能探究。首先采用改善的Hummers法制备GO,并以氧化石墨烯为载体,以PEI为交联剂和氮源,以Ti(SO)为前驱体,利用水热法在180℃下制备镍掺杂TiO/PEI/RGO纳米复合催化剂。以MB为降解目标物,测试样品的催化活性,研究表明镍(Ni)掺杂TiO/PEI/石墨烯纳米复合催化剂的活性显著提升,降解率为98%,可循环至少10次。3、贵金属铂(Pt)掺杂TiO/PEI/RGO复合物的合成及光催化性能探究。以氧化石墨烯为载体,以PEI为氮源,再以硫酸钛为钛源,利用水热法在180℃下制备铂掺杂的二氧化钛/聚乙烯亚胺/石墨烯纳米复合催化剂。以MB为降解底物,测试样品的催化活性,研究表明Pt掺杂TiO/PEI/RGO纳米复合催化剂的活性显著提升,在28min内降解率为98%。通过紫外可见分光光度计(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼(Raman)、吸附曲线(BET)等测试手段对结果进行了表征。实验表明,改性的TiO光生电子空穴复合几率降低,禁带宽度变窄,光催化性能大大改善。