论文总字数：16860字

摘 要

人类短期内就要面临能源短缺的境况。而且矿石能源的开发应用也给我们的生存空间带来了极大的挑战，化石燃料开发难度大，成本高，利用效率低下。光催化技术成为研究者们解决能源问题的新的方向。本课题主要探究光催化性能的提高办法，在众多新的改性方法中，半导体的形态结构对其性能有着重要的影响。我们在这些天的实验中，对TiO₂进行水热法进行制备样品，并用X射线衍射仪器对这些样品进行分析，来发现它们是不是TiO₂，如果发现样品是TiO₂的话，就会再次用扫描电子显微镜来观察这些样品，他们的表面状况就会通过显微镜显示到显示器上面，探索样品表面的形态。再次，我们会使用透射电子显微镜来对样品进行分析，需要说明一点的是，透射电子显微镜对样品的分析观察主要是对样品的内部进行显示。所以，通过这三步方法，我们就可以很好地表示出样品的形态，结构。并探究其形成原因。只有如此，本课题的意义就很明显了，多孔结构的样品会具有怎样的影响呢，是增大了半导体的催化活性还是降低了催化活性，通过本篇论文研究就可以很好地表示出来。最后，我们对其性能的研究主要是通过不同形态的样品，对其设置对照组，测量催化剂对CO₂的还原作用，而且生成CH₄的产量来评价所制备样品的性能是否有所提升，也为探究光催化技术中多孔形貌的样品对催化剂的影响增加了一份力量

关键字：能源 光催化技术 多孔结构 TiO₂

Preparation of Porous TiO₂

Abstract

Human short term will face the situation of energy shortages. And the development and application of ore energy to our living space has brought great challenges, fossil fuel development difficult, high cost, the use of inefficient. Photocatalytic technology has become a new direction for researchers to solve the energy problem. In this paper, the improvement of photocatalytic performance is mainly discussed. In many new modification methods, the morphological structure of the semiconductor has an important influence on its performance. In the experiments of these days, the samples were prepared by hydrothermal method of TiO2, and these samples were analyzed by X-ray diffraction apparatus to find out whether they were TiO2. If the sample was found to be TiO2, the samples were again scanned with a scanning electron microscope To observe these samples, their surface conditions will be displayed through the microscope to the display above, to explore the shape of the sample surface. Again, we will use the transmission electron microscope to analyze the sample, it should be noted that the transmission electron microscopy analysis of the sample is mainly on the sample of the internal display. So, through these three-step method, we can well show the shape of the sample, structure. And explore its causes. Only then, the significance of this subject is obvious, the porous structure of the sample will have what effect, is to increase the catalytic activity of the semiconductor or reduce the catalytic activity, through the study of this paper can be well expressed. Finally, our study of its performance is mainly through the different forms of samples, set the control group, to measure the catalyst on the reduction of CO2, and generate CH4 production to evaluate the performance of the prepared sample has improved, but also to explore The effect of the porous morphology on the catalyst in the photocatalytic technology adds a force

Key words: energy photocatalytic technology porous structure TiO₂

目录

多孔TiO₂的制备 I

摘要 I

Preparation of Porous TiO₂ II

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 半导体光催化的基本原理 1

1.1.1光催化制氢 2

1.2光催化效率的影响因素 5

1.2.1 晶体结构 6

1.2.2 能带结构 6

1.2.3 比表面积 7

1.3 光催化料的研究现状 7

1.3.1 对传统宽带隙半导体的改进办法 8

1.3.2 新型光催化材料的开发 9

1.4 TiO₂半导体催化材料的研究进展 10

1.4.1贵金属沉积 10

1.4.2元素掺杂 10

1.4.3 复合半导体 11

第二章 样品物理化学特性表征方法与表征手段 13

2.1 样品制备所需试剂与药品 13

2.2基本物性表征 13

2.2.1 粉末X射线衍射（XRD） 13

2.2.2 扫描电子显微镜（SEM） 14

2.2.3 透射电子显微镜（TEM） 14

第三章 制备多孔TiO₂及其光催化性能的研究 16

3.1引言 16

3.2实验部分 17

3.2.1 材料制备方法 17

3.2.2 材料测试与表征手段 18

3.3 物理特性表征分析 18

3.3.1 晶体类型 18

3.4 光催化性能评价 22

3.5总结与展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

一直以来，伴随着世界科技的进步，人们对于能源与环境的要求越来越大。人类现有的能源结构对于环境不太友好，传统能源的应用越来越无法满足不断增长的人类需求。因此，科学家们一直在寻找有效解决能源环境问题的方法。光催化技术被证明具有非常广阔的应用前景来解决当前存在的问题。光催化技术有着其他方案所不具备的众多优点。如对环境友好，直接利用太阳能，减少了能量传递过程中的损耗，而且制造成本低，所以光催化技术以其具有的极大潜力而被广泛关注研究。TiO₂作为一种公认的具有较为良好性能的光催化剂，在很多领域都有着广泛的应用。如前所述，TiO₂光催化制造氢气、光催化分解有机污染物，光催化还原CO₂，在这些领域，TiO₂有着极大的应用前景。但未经修饰的较纯TiO₂在这些领域的光催化活性没有达到很高的水平。为此，科学界致力于提升TiO₂在这些方面的应用能力。一般来说，能够从下面几点来提高半导体的催化性能：（1）增加半导体对太阳光的吸收，很多被证明具有催化活性的半导体具有很大的带隙，但同时也限制了其光吸收范围，从这一点上来研究是一个突破口。（2）如前所述，载流子的氧化还原能力的强弱关系着整个催化反应的效率。但不可避免地，光生电子在移动的过程中有几率落回到价带的空位上，这就导致了电子-空穴对的氧化还原能力遭到了削弱。针对载流子复合问题，因为氧化还原反应所进行的位置在于半导体催化剂的表面，所以缩短反应路径能有效减少复合率。另有一些方法如分离产氢点与产氧点、构造异质结、构造等离子共振强电场、内建电场等都可以减小载流子复合。（3）增加反应位点，常用的方法有改变半导体形貌结构（多孔结构），根据不同半导体与反应物进行微观结构的调整等。本课题主要就改变TiO₂半导体的形貌结构来增加反应位点的方法来提升光催化效率。探究合适的方法并制备样品，研究形貌对性能的影响并表征样品的性能。

1.1 半导体光催化的基本原理

在寻求解决能源环境的过程中，研究者们通过科学手段发现：有些半导体由于其存在的特殊结构或者特殊的性质而对某些特定范围的光具有吸收作用。具体表现在当太阳光照射到半导体上，这个时候，如果光照中有的特定波长的光的能量大于被照射半导体的导带的最低能级与价带最高能级之间的能的话，就会出现下面这种过程：

(1)价带上的电子会被光子所带来的能量所激发，激发产生的结果就是电子会跃迁到能级更大的地方，也就是导带上。

请支付后下载全文，论文总字数：16860字