稀土在半導體光催化材料中的應用

第1章　緒論 001
1.1　光催化概述 003
1.1.1　半導體光催化過程及機理 003
1.1.2　半導體光催化的應用領(lǐng)域 005
1.2　稀土在光催化材料中的應用 010
1.2.1　稀土元素的基本性質(zhì) 010
1.2.2　稀土在光催化材料中的研究進展 012
第2章　二氧化鈦光催化材料 018
2.1　二氧化鈦的晶體結(jié)構(gòu) 018
2.2　二氧化鈦半導體的能級結(jié)構(gòu) 020
2.3　二氧化鈦的光催化基本原理 021
2.4　影響二氧化鈦光催化效果的因素 023
2.4.1　界面的吸附性質(zhì) 023
2.4.2　晶型的影響 024
2.4.3　顆粒尺寸的影響 024
2.4.4　表面積的影響 024
2.4.5　摻雜離子的影響 025
2.5　二氧化鈦光催化存在的問題 025
2.6　提高二氧化鈦光催化效率的方法 025
2.6.1　金屬離子摻雜 026
2.6.2　非金屬離子摻雜 029
2.6.3　稀土-非金屬離子共摻雜 030
2.6.4　半導體復合 031
2.7　二氧化鈦的制備方法 032
2.7.1　水熱合成法           033
2.7.2　溶膠-凝膠法 033
2.7.3　均勻沉淀法 034
2.7.4　微乳液法 034
2.8　粉末型二氧化鈦的固定及回收回用 035
2.8.1　載體固定 035
2.8.2　絮凝回收 036
第3章　稀土-二氧化鈦納米材料的制備與性能研究 038
3.1　引言 038
3.2　材料的設(shè)計與合成 039
3.2.1　典型合成過程 039
3.2.2　稀土摻雜系列二氧化鈦的制備 039
3.3　不同稀土元素摻雜對二氧化鈦材料的影響 040
3.3.1　摻雜稀土元素種類對二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)的影響 040
3.3.2　不同稀土元素摻雜對二氧化鈦形貌的影響 044
3.3.3　稀土元素在二氧化鈦中存在形式的研究 046
3.3.4　不同稀土元素摻雜對二氧化鈦光吸收性能的影響研究 048
3.3.5　不同稀土元素摻雜對二氧化鈦成鍵情況的影響 051
3.4　光催化性能研究 052
3.4.1　最佳摻雜量的選擇 053
3.4.2　最佳摻雜元素的選擇 056
3.4.3　最佳條件下可見光催化實驗 058
3.5　本章小結(jié) 059
第4章　Eu-Y 共摻雜二氧化鈦納米材料的制備與性能 061
4.1　引言 061
4.2　Eu-Y 共摻雜二氧化鈦光催化劑的制備 061
4.3　稀土-稀土元素共摻雜對二氧化鈦材料的影響 062
4.3.1　溫度和摻雜元素配比對二氧化鈦相組成的影響 062
4.3.2　Eu-Y 共摻雜二氧化鈦的微觀結(jié)構(gòu)分析 065
4.3.3　Eu-Y 共摻雜二氧化鈦光吸收性能研究 067
4.3.4　Eu 和Y 配比不同對二氧化鈦熒光性能的影響 068
4.3.5　Eu 和Y 配比對共摻雜二氧化鈦成鍵情況的影響 069
4.4　光催化降解亞甲基藍性能分析 069
4.4.1　紫外光下銪釔配比對二氧化鈦催化降解亞甲基藍的影響 070
4.4.2　可見光下銪釔配比對二氧化鈦催化降解亞甲基藍的影響 071
4.5　本章小結(jié) 071
第5章　RE-B 共摻雜二氧化鈦納米材料的制備與性能 073
5.1　引言 073
5.2　RE-B 共摻雜二氧化鈦光催化劑的設(shè)計合成 074  
5.3　稀土-硼元素共摻雜對二氧化鈦材料結(jié)構(gòu)的影響 074
5.3.1　RE-B 共摻雜對二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)的影響 074
5.3.2　RE-B-TiO2 在場發(fā)射掃描電子顯微鏡下的形貌觀察研究 077
5.3.3　RE-B-TiO2 基于透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)研究 078
5.3.4　RE-B-TiO2 表面元素及鍵結(jié)構(gòu)分析研究 080
5.3.5　RE-B-TiO2 的光吸收性能分析 083
5.3.6　RE-B 共摻雜對二氧化鈦熒光性能的影響 084
5.3.7　光催化結(jié)果與分析 085
5.4　本章小結(jié) 087
第6章　La-F 共摻雜二氧化鈦納米材料的制備與性能 088
6.1　引言 088
6.2　La-F 共摻雜二氧化鈦光催化劑的制備 088
6.3　La-F 共摻雜對二氧化鈦納米材料結(jié)構(gòu)的影響 089
6.3.1　La-F 共摻對二氧化鈦晶體結(jié)構(gòu)的影響 089
6.3.2　基于場發(fā)射掃描電子顯微鏡的微觀形貌分析 091
6.3.3　透射電子顯微鏡下La-F-TiO2 的微觀形貌分析 092
6.3.4　基于X 射線光電子能譜的鍵結(jié)構(gòu)分析 093
6.3.5　La-F 共摻雜對二氧化鈦光吸收性能的影響 096
6.3.6　La-F 的摻雜量對二氧化鈦熒光性能的影響 097
6.4　La-F 共摻雜二氧化鈦納米材料光催化性能的影響 098
6.4.1　不同光源下對亞甲基藍的降解研究 098
6.4.2　不同光源下對羅丹明B 的降解研究 100
6.5　本章小結(jié) 103
第7章　電化學法研究La-F 兩步共摻雜納米二氧化鈦的催化機理 105
7.1　引言 105
7.2　摻雜改性二氧化鈦電極的制備及研究方法 106
7.2.1　La 摻雜及兩步共摻雜二氧化鈦光催化劑的制備 106
7.2.2　La 摻雜改性二氧化鈦電極的制備 107
7.2.3　電化學測試方法 107
7.3　La-F 兩步共摻雜對二氧化鈦納米材料結(jié)構(gòu)的影響 107
7.3.1　La-F 兩步共摻雜對二氧化鈦相結(jié)構(gòu)的影響 107
7.3.2　La-F 兩步共摻雜二氧化鈦的形貌分析 109
7.3.3　La-F 兩步共摻雜二氧化鈦表面元素分析 110
7.3.4　La-F 兩步共摻雜對二氧化鈦光吸收性能的影響 111
7.4　兩步共摻雜二氧化鈦材料的光催化性能和機理研究 113
7.4.1　兩步共摻雜樣品的光催化性能研究 113
7.4.2　摻雜二氧化鈦電極的交流阻抗 114
7.4.3　平帶電勢及載流子濃度的測定 118
7.4.4　稀土摻雜二氧化鈦機理解釋 120
7.5　本章小結(jié) 122
第8章　絮凝回收稀土改性二氧化鈦基礎(chǔ)研究 124
8.1　引言 124
8.2　絮凝劑的制備 125
8.3　絮凝法回收光催化劑 126
8.3.1　絮凝實驗中濁度的測定 126
8.3.2　絮凝劑投加量的確定 126
8.3.3　絮凝回收光催化劑重復利用的方法 127
8.4　絮凝回收對光催化材料的影響研究 128
8.4.1　絮凝劑投加量與剩余濁度的關(guān)系 128
8.4.2　光催化劑絮凝回收及壽命評價 129
8.4.3　回用對光催化劑形貌的影響 133
8.5　本章小結(jié) 135
參考文獻 137