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Fe 3 O 4 的 Fe/N 共掺杂的磁性纳米 TiO 2 光催化剂 的制备及研究

Fe 3 O 4 的 Fe/N 共掺杂的磁性纳米 TiO 2 光催化剂 的制备及研究. 报 告 人 ：张晶 指导教师 ：李建军. 20 11级课题开题报告. 20 13年9月24日. 1. 2. 3. 4. 5. 研究目标和内容. 研究方法. 国内外研究现状. 参考文献. 选题背景与意义. 目录. 1. 选题背景与意义.

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Fe 3 O 4 的 Fe/N 共掺杂的磁性纳米 TiO 2 光催化剂 的制备及研究

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Presentation Transcript

  1. Fe3O4的Fe/N共掺杂的磁性纳米TiO2光催化剂的制备及研究Fe3O4的Fe/N共掺杂的磁性纳米TiO2光催化剂的制备及研究 报告人：张晶 指导教师：李建军 2011级课题开题报告 2013年9月24日

  2. 1 2 3 4 5 研究目标和内容 研究方法 国内外研究现状 参考文献 选题背景与意义 目录

  3. 1 选题背景与意义 1光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础纳米技术，粉末状TiO2进行光催化氧化反应，能有效氧化水中许多微生物，降解有机物，达到除毒、脱色、去臭直至完全降解为CO2和H2O等无机小分子的目的。TiO2良好的化学稳定性、抗磨损性、低成本以及可直接利用太阳光等优点，因而在光电转换、光化学合成以及光催化氧化降解环境污染物等方面成为世界上最重要的光催化材料。

  4. 2 TiO2催化剂的吸附和光催化性能虽然具有很大优越性，但TiO2光催化剂存在的两个难题：(1)是禁带宽度大，只有紫外光波段的光照才能将其激发，太阳能利用率低；(2)是激发后产生的光生空穴和光生电子容易复合，导致光催化活性下降，分解效率降低，这一直是人们致力于解决的课题。为此，人们对TiO2进行改性，通过在TiO2中掺杂少量金属元素、非金属元素等方法以弥补其对光吸收存在的不足。

  5. 3 对于改性TiO2的研究方面，其反应后（尤其是液相体系）分离回收困难的问题却一直没有有效解决。粉末状的光催化剂回收率低，导致成本高，难以推广到实际生产应用中去。后来科学界提出，将TiO2包覆在不同的基体上，特别是磁性芯核上，形成的核壳结构复合纳米材料，在尽量不影响催化活性的前提下，利用磁方法解决回收问题。因此，制作一种新型可回收性质的掺杂型TiO2将会走向应用型的趋势。

  6. Choi 研究了21 种金属离子掺杂的TiO2纳米晶粒, 发现Fe3+，Mo5+, Re5+, Ru3+，V4+，Rh3+等掺杂量为0. 5wt% 时均会增加光催化活性, 其中以掺Fe3+的TiO2 纳米晶粒增加最为明显；而在非金属方面，由于N3-与O2-的半径接近， N3-取代TiO2中部分O2-位置比较容易，且前人采用全势线性缀加平面波方法在局域密度近似框架内计算了N、C、F、P和S等元素替代锐钛矿TiO2后的态密度,结果表明,N元素掺杂是最有效的。因此我们选用了Fe/N共掺杂。

  7. 在磁性方面，由于带有纳米Fe3O4磁性核的介孔TiO2复合光催化剂，以其高比表面积、易于反应物接近的孔道结构以及优越的吸附性能，且在处理液相体系时远远优于其他TiO2光催化剂的回收率的优势下应运而生。在磁性方面，由于带有纳米Fe3O4磁性核的介孔TiO2复合光催化剂，以其高比表面积、易于反应物接近的孔道结构以及优越的吸附性能，且在处理液相体系时远远优于其他TiO2光催化剂的回收率的优势下应运而生。

  8. 2 国内外研究现状 2.1 国外研究现状 绝大多数针对 TiO2通过掺杂改性来提高光催化剂的光谱响应范围和催化效率。目前常用的掺杂改性手段包括金属离子掺杂、贵金属沉积、半导体复合等。在磁性负载上面，也仅仅局限单一的磁性纳米TiO2 / Fe3O4 复合材料

  9. 2 国内研究现状 1、2013年采用低温-超声-醇盐水解法一步合成纯纳米TiO2，通过X射线衍射、比表面积测试、扫描电镜、红外光谱分析等表征手段对其性能进行研究 2、溶胶-凝胶法是制备纳米TiO2最常用的方法。综述了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体或薄膜、掺杂纳米TiO2、纳米TiO2复合材料的应用研究现状,指出了纳米TiO2光催化剂在光催化机理、可见光化和复合材料等方面的发展趋势。 XXXX年 XXXX年

  10. 3 研究目标和内容 • 首先通过查阅文献综合制备所需物质，通过做对比实验， 确定原料比例，制备出催化与回收效果都较好的用磁性材料包覆的纳米TiO2的复合材料。

  11. 4 研究方法 与磁性Fe3O4包覆 制备Fe/N共掺杂纳米TiO2 用无水乙醇、钛酸四丁酯、 Fe(NO3)3磁力搅拌制成A液（使得Fe掺杂量为0.5%） 再用不同量的盐酸羟胺和二次蒸馏水混合，用无水乙醇稀释得到B液，在磁力搅拌下将B滴入A中，经一定时间陈化得到凝胶，再经干燥和不同温度下的焙烧得到Fe/N共掺杂的TiO2 以FeCl3・6H2O、 FeCl2·4H2O为Fe源，聚乙二醇6000（或其他）为表面活性剂，稀氨水为碱性环境沉淀剂，再向其中加入之前制得的Fe/N共掺杂的TiO2，用共沉淀法制得磁性Fe/N共掺杂的TiO2

  12. 不同量的盐酸羟胺 二次蒸馏水 无水乙醇 无水乙醇 钛酸四丁酯 一定量的Fe(NO3)3 搅拌 A (Fe在TiO2含量为0.5%） 搅拌 B 滴入 FeCl3・6H2O FeCl2·4H2O 聚乙二醇6000 稀氨水 溶胶 陈化 凝胶 搅拌 滴入 干燥 焙烧(不同温度) 共沉淀 Fe3O4的Fe-N/TiO2磁性纳米复合光催化剂 Fe/N共掺杂的TiO2

  13. 5 参考文献 1 Molinar i R, Mungar i M, Dr ioli E, et al. Catalysis Today, 2000, 5: 71 2 高濂, 郑珊, 张青红. 北京: 化学工业出版社, 2003. 4 3 Sha Jin, Fumihide Shiraishi. Chem Eng J, 2004, 97: 203 4 栾勇, 傅平丰, 戴学刚, 等. 化学进展, 2004, 9: 738 5 吴树新, 马智, 秦永宁. 物理化学学报, 2004, 2: 138 6 Choi W, T ermin A, Hoffmann M R. Phys Chem, 1994, 98: 13669 7 Jun Lin, Jimmy C. J Photochemistr y and Photobiology, 1998, 116: 63 8 毕怀庆, 袁文辉, 韦朝海. 材料科学与工程学报, 2004, 2: 99 9 吴玉程, 陈挺松, 解挺, 等. 功能材料, 2005, 1: 121 10 余家国, 赵修建, 赵青南. 复合材料学报, 2001, 2: 79 11 舒东, 何春, 郭海福. 精细化工, 2004, 6: 421 12 谷秀梅, 承遇. 硅酸盐学报, 2004, 5: 52 13 张前程, 张凤宝, 张国亮, 等. 燃料化学学报, 2004, 2: 240 14 Ren Dasen, Bei Zongmin, H uang Li. Acta Phys Chim Sin等

  14. 请各位老师批评指正！ The end Thank you!

  15. 谢谢观赏 WPSOffice Make Presentation much more fun @WPS官方微博 @kingsoftwps

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