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摘 要

Abstract V

第一章 绪论 5

1.1引言 1

1.2光催化技术及TiO₂光催化反应机理 1

1.2.1光催化技术 1

1.2.2 TiO₂晶体结构 1

1.2.3 TiO₂的能带结构 2

1.2.4 TiO₂的光催化反应机理 2

1.3 TiO₂的掺杂改性 4

1.3.1金属离子掺杂 4

1.3.2非金属离子掺杂 5

1.3.3表面光敏化 5

1.3.4贵金属沉积 5

1.3.5复合半导体 6

1.4 TiO₂的制备方法 6

1.4.1水热法 6

1.4.2溶胶—凝胶法 6

1.4.3喷雾热解法 7

1.4.4微乳液法 7

1.5 TiO₂的应用 7

1.5.1净化空气 7

1.5.2杀菌消毒 8

1.5.3污水处理 8

1.5.4自清洁涂层 8

1.6本课题的研究背景、内容及意义 8

1.6.1研究背景及实际意义 8

1.6.2本文研究内容 9

1.6.3本课题的主要创新之处 9

第二章 实验材料及表征方法 9

2.1实验材料及设备 10

2.1.1实验原料 10

2.1.2实验设备 10

2.2制备材料的性能与分析 11

2.2.1 X射线衍射测试（XRD) 11

2.2.2红外光谱测试（FT-IR） 11

2.2.3扫描电子显微镜（SEM） 11

第三章 纳米TiO₂光催化剂的制备 11

3.1纯TiO₂光催化剂的制备 12

3.2 TiO₂的表征结果与分析讨论 12

3.2.1纯TiO₂的X射线衍射测试（XRD) 13

3.2.2纯TiO₂的红外光谱（FT-IR) 14

3.2.3纯TiO₂扫描电子显微镜测试（SEM） 16

3.3本章小结 20

第四章 Mo-TiO₂的制备及表征 20

4.1掺Mo的TiO₂粉体的制备 21

4.2 Mo掺杂TiO₂粉体的表征 21

4.3测试结果及分析 21

4.3.1 X射线衍射测试（XRD） 21

4.3.2红外光谱（FT-IR） 22

4.4.3扫描电子显微测试（SEM） 23

4.4本章小结 25

第五章 结论与展望 26

5.1总结 27

5.2展望 27

参考文献 27

致谢 31

摘要

半导体光催化在光解水制氢，处理水污染，太阳能电池等方面有重要应用。目前人们研究的光催化剂种类较多，如CdS、PbS、SnO₂和ZnO等，TiO₂由于具有化学性质稳定、催化效率高、无毒和成本低等优点而被广泛研究。但TiO₂属于宽禁带半导体，只能吸收太阳光中的紫外光，而且光生载流子的分离效率低，从而限制了TiO₂的实际应用。

本文以钛酸丁酯为前驱体溶液，通过溶胶-凝胶法制备了未掺杂和钼离子掺杂的二氧化钛纳米粉体，通过改变乙酸量，水浴温度，煅烧条件等进行多组实验，分析出制备纳米二氧化钛的优化条件。通过扫描电镜、X射线衍射、红外光谱等手段对产物进行表征和分析。研究结果表明：

（1）钛和酸体积比为17:12、水浴温度为60℃，煅烧程序为升温速率为以5℃/min先升温到150℃，恒温煅烧2h，再以5℃/min升温到400℃，400℃下恒温3h，即可得到形貌完好的二氧化钛。

1. 制备得到的纯纳米二氧化钛样品用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱等表征手段进行分析，结果表明，样品为锐钛矿晶相，扫描电镜结果显示有部分区域有颗粒团聚现象。
2. 通过不同Mo的掺杂量0.05%、0.1%、0.5%、1%（质量分数），制备Mo掺杂TiO₂得到了较优的制备Mo-TiO₂工艺，并用扫描电镜和X射线衍射等进行了表征分析。

关键词：纳米二氧化钛溶 胶凝胶法 Mo-掺杂

Investigation on the synthesis、characterization

of nano-titanium dioxide photocatalyst

Abstract

Semiconductor photocatalytic has important applications in water splitting for hydrogen production,water pollution treating and solar battery.There are many kinds of photocatalysts having been studied,such as CdS,PbS,SnO₂,ZnO and so on.Due to the highest chemical stability,the most efficient photocatalytic activity,no toxicity and lowest cost,TiO₂ has been extensively investigated.However,TiO₂ has a wide band gap energy,which renders a limited capability of absorbing only the UV region of the solar spectrum,and the photo generated electron-hole pairs have a flash recombination time,these all limit the practical application of TiO₂.

In the article,both pure and Mo doped TiO₂ nano-powders were fabricated by sol-gel method using tetrabutyl titanate(TBT)as precursors,by changing the amount of acetic acid,the temperature and the calcining procedure,we conclude the optimal conditions for preparing nano titanium.The properties of products were characterized by SEM,XRD and FT-IR.The results were showing below:

(1)Titanium dioxide with high photocatalytic property and good morphology was synthesized,when titanium and acetic acid volume ratio was17:12,temperature was 60℃and calcining procedure was that with the heating rate,5℃/min heating to 150℃,then calcined 2h,next with 5℃/min heating to 400℃,the last heating 3h at 400℃.

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