异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂及其改性机制研究.docx

该【异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂及其改性机制研究 】是由【niuwk】上传分享，文档一共【5】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂及其改性机制研究 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂及其改性机制研究
摘要:
钛酸盐基光催化剂因其良好的催化性能在环境修复和污染物降解方面得到了广泛的应用。本文研究了异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂及其改性机制。首先，典型的异质结构复合制备方法采用水热法，并选用一种改性剂进行改性实验，测试出改性剂对光催化性能的影响，并研究改性过程的机制。实验结果表明，改性剂的加入优化了催化剂的结构和性能，提高了光催化反应的效率。进一步地，我们使用了XRD、SEM、TEM、XPS和UV-vis等表征手段对制备的光催化剂进行了分析，并采用常规的活性测试方法测试催化剂的稳定性和催化效率。研究发现，改性剂能够有效地提高催化剂的光吸收能力和光致电子传递效率，并使得制备的光催化剂具有良好的稳定性和催化性能。本文对于探究异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂及其改性机制的研究具有一定的参考价值。
关键词: 异质结构；复合制备；改性剂；光催化剂；机制
Abstract:
Titanium oxide-based photocatalysts have been widely used in environmental restoration and pollutant degradation due to their good catalytic performance. In this study, the preparation of titanium dioxide-based photocatalysts by heterojunction composite method and their modification mechanism were investigated. Firstly, a typical heterojunction composite preparation method was adopted by hydrothermal method, and a modifier was selected for modification experiments to test the influence of the modifier on the photocatalytic performance and the mechanism of the modification process was studied. The experimental results showed that the addition of the modifier optimized the structure and properties of the catalyst, and improved the efficiency of the photocatalytic reaction. Furthermore, we used XRD, SEM, TEM, XPS and UV-vis characterization methods to analyze the prepared photocatalysts, and tested the stability and catalytic efficiency of the catalysts using conventional activity testing methods. It was found that the modifier could effectively improve the light absorption capacity and photoinduced electron transfer efficiency of the catalyst, and make the prepared photocatalysts have good stability and catalytic performance. This study has certain reference value for exploring the preparation of titanium dioxide-based photocatalysts by heterojunction composite method and their modification mechanism.
Keywords: Heterojunction; Composite preparation; Modifying agent; Photocatalyst; Mechanism
正文:
引言
随着人类经济的发展和社会的进步，环境污染已经成为全球性的问题，而光催化技术作为一种有效的处理污染物技术，因为其良好的催化效果、简单的操作和安全性已经成为研究热点。钛酸盐基光催化剂具有良好的催化活性、热稳定性和化学稳定性，被广泛应用于处理废水和净化空气等方面。其中二氧化钛是一种最常用的静电式光催化剂，其热稳定性、化学稳定性和光催化性能得到了广泛的研究。然而，二氧化钛光催化剂由于催化剂的晶粒大小、表面活性位点和光谱响应等因素的限制，使得其在光催化反应中的效率较低和催化作用有时较差。
为了提高二氧化钛光催化剂的效率和增强其活性，研究人员在制备过程中引入了异质结构复合、改性等技术。本文主要研究了采用异质结构复合法制备二氧化钛光催化剂，以及用改性剂进行改性实验的过程。通过研究改性剂对光催化性能的影响、改性过程的机理和催化剂的形貌和性能的表征等方面，探究改性剂提高光催化剂效率的机理，为光催化技术的应用和推广提供一种新的思路和方法。
实验部分
1. 实验材料
钛酸异丁酯（AR，China National Pharmaceutical Group Co., Ltd.），钨酸钠（AR，Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.），乙二胺（AR，Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.），纯水。
2. 实验仪器
热重分析仪（TG/DTA，NETZSCH）；X射线衍射仪（XRD，Bruker，D8 DISCOVER）；扫描电子显微镜（SEM，Jeol，JSM-7100F）；透射电子显微镜（TEM，Jeol，JEM-2100F）；X射线光电子能谱仪（XPS，Thermo Fisher Scientific，ESCALAB250Xi）；紫外-可见分光光度计（UV-vis，Shimadzu，UV-2600）;定量加热板（Zhineng Coating Equipment Co., Ltd）。
3. 实验方法
异质结构复合法制备光催化剂
将一定量的钛酸异丁酯加入乙二胺中，在搅拌下加入一定量的钨酸钠，调整pH至7左右，可以得到多相分散体系。将多相分散体系在热板上均匀薄滴并加热，干燥过后得到一定形貌的二氧化钛单晶体。再利用水热法或溶胶-凝胶法制备劣半导体材料（ZrO2、Fe2O3、LaFeO3等）的纳米晶体，之后进行异质结构复合，即将二氧化钛晶体和其他材料进行物理上的接触并经过热处理制备出异质结构复合材料。
使用改性剂改性
为了控制和改变材料表面的性质和形貌，可以使用不同种类的改性剂进行改性。对光催化剂进行改性前，需要制备出基础异质结构复合二氧化钛材料，然后将目标改性剂与分散的二氧化钛晶体混合，进行超声和搅拌，调节pH并进行不同温度下的热处理，制备出改性的光催化剂。
光催化剂的测试
经过制备的光催化剂在可见光下进行光催化反应。根据光催化反应原理，选择化学反应物和比色剂，并在适合的条件下对反应体系进行光催化反应。在反应过程中测定不同时间段的吸收光谱，并测定反应剩余物或产物的UHPLC或HPLC色谱，计算反应速率常数、周期时间和化学反应过程的K/G（化学反应活性/光催化过程介导增强因子）等标志参数。同时，通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和X射线分析等方法对其形貌和成分进行分析以评价其催化活性。
结果分析
通过实验方法制备了以TiO2为基础材料的异质结构复合光催化剂，并使用了一种改性剂进行了改性实验，进一步优化了光催化反应的效率。实验结果表明，异质结构复合的光催化剂具有良好的催化活性，并且使用改性剂后，改性后的光催化剂性能进一步增强。
经过XRD和SEM分析，我们可以发现异质结构复合的光催化剂具有良好的晶态结构和一定的孔隙度，表面面积相对较高，有利于吸附和催化反应。使用改性剂后，光催化剂的表面活性位点数目增多，催化活性也有了明显的提高。通过TEM结果进一步证明，在光催化剂中添加了改性剂后，形貌明显发生了变化，异质结构化的结构更加稳定，同步其表面上的物理和化学性质也得到了改善。
通过XPS分析，可以发现，添加改性剂后，光催化剂的表面存在更多的二价铁离子，这个结构和元素改变清晰地表明了改性剂的添加是有效的，并且可以改善催化剂的性质和催化反应效率。同时，光谱分析显示改性后的光催化剂能够更好地吸收可见光并利用光致电子传递效应使得催化反应更加高效。
结论
本文通过对异质结构复合制备二氧化钛基光催化剂进行改性实验，探究改性剂对光催化性能的影响和改性过程的机理。研究发现，异质结构复合法制备的光催化剂，表面具有一定的晶格结构和孔隙度，改性剂能够改善光催化剂的表面活性位点和晶格结构，增加催化反应效率和稳定性。通过SEM、TEM和XPS等表征手段的分析，研究发现，改性后的光催化剂具有更好的表面形貌、元素组成及光致电子传递效应，能够有效地提高光催化剂的催化反应效率，是制备高效光催化剂的一个有效途径。
参考文献
[1] Fu, X., Chen, Y. (2019). Ultrafine nickel oxide modified TiO2 nanoparticles with enhanced photocatalytic activity. Applied Surface Science, 464: 44-53.
[2] Lin, Y., Zhao, Y., Han, Y., et al. (2020). TiO2 ******@Graphene Composites: Synthesis and Enhanced Visible Light Driven Photocatalytic Activity. Nanomaterials, 10(2): 314.
[3] Zhao, N., Zhang, X., Wu, J., et al. (2019). Regulating the Morphology and Photocatalytic Oxidation of Fe2O3/TiO2 by the Growth Time of Nanorods under Hydrothermal Conditions. Catalysts. 9(11): 931.