论文部分内容阅读
TiO2表面形貌对于其光催化性能有着至关重要的影响,具有高能量晶面的TiO2由于在光催化作用中具有潜在的高催化活性因而成为研究热点。本论文采用无毒易操作的添加剂NaBF4和NaF,成功调控了高活性TiO2晶面,主要工作如下:(1)采用水热合成法用HCl和NaBF4分别作为水解控制剂和晶面控制剂,通过不同浓度的NaBF4在酸性条件下对锐钛矿TiO2的晶面生长的控制,成功制备了具有不同晶面和不同形貌的TiO2微米颗粒。结果表明,适量的NaBF4在一定的条件下会导致不活泼的{101}晶面的消失,从而得到完全具有{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2,而且{100}和{001}晶面的比例可以通过反应条件进行调节。X射线光电子能谱(XPS)的分析表明采用NaBF4作晶面控制剂制备的具有{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2表面存在物理吸附的F和晶格F;密度泛函理论(DFT)计算表明晶格F的生成是导致{101}晶面消失的根本原因。光催化活性的测试表明,通过这种方法制备的具有{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2光催化剂的活性要优于普通的具有{101}和{001}晶面的锐钛矿TiO2。(2)基于NaBF4在酸性高温的条件下可以分解产生F-,从而充当一种F-的缓释剂的作用,在一定程度上降低了反应的速率,从而促进了晶格F的生成。因此,我们设计比NaBF4更容易离解F-的NaF作为晶面控制剂对晶面进行调控,在低至100oC的反应温度下成功合成了具有{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2纳米颗粒。场发射扫描电镜(FESEM)和电子选区衍射(SAED)确认了合成样品的晶面以及表面晶格F的存在。通过对反应温度、HCl浓度和NaF浓度对晶面形成影响的考察,发现NaF作用机理与NaBF4的控制机理相同。光催化活性测试表明,制备的具有{100}和{001}晶面的锐钛矿TiO2光催化剂拥有非常优异的催化性能,单位比表面的光催化活性达到了商业化二氧化钛P25的7倍。(3)采用高温水热法在较高温度下合成出具有{111}和{001}晶面的金红石TiO2,通过控制HCl和NaF的浓度,完全消除低能量的{110}晶面,得到接近100%暴露{111}晶面的金红石TiO2。XPS分析表明吸附在金红石表面的F-对晶面的生长控制有着至关重要的影响,且不同的退火氛围和退火温度对样品的表面性质有显著的影响。固体紫外漫反射光谱表征(DRS)表明制备的金红石样品具有很强的可见光吸收,说明制备的样品具有潜在的可见光光催化活性。