納米銀tio2復(fù)合膜光催化研究論-全文預(yù)覽
【正文】 900 nm(使用特殊檢測(cè)器時(shí)，可達(dá) 1100 nm) 波長(zhǎng)確定性 177。 光催化反應(yīng)系統(tǒng) 本實(shí)驗(yàn)的光催化反應(yīng)采用的光源主要有日光燈和紫外光 兩種。加熱電流由調(diào)壓器輸出調(diào)整，蒸發(fā)電壓與電流的大小可由面板上電流表和電壓表讀出。高真空閥門為碟式，機(jī)械泵與分子泵的連通閥門為三同式，將閥門拉出時(shí)，機(jī)械泵可以直接對(duì)鍍膜室抽氣，推入時(shí)機(jī)械泵 與分子泵連通，同時(shí)也切斷了機(jī)械泵與鍍膜室的連接。然后啟動(dòng) 分子泵。下面分別介紹各個(gè)部分的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。利用制備出來(lái)的復(fù)合膜，放入羅丹明溶液中，在可見光下照射一段時(shí)間。 表面預(yù)處理對(duì)薄膜的光催化性能有一定影響。但是當(dāng) TiO2薄膜厚度達(dá)到一定程度后， TiO2薄膜結(jié)晶程度不再提高，而晶體顆粒變大，如果不做其他處理，那么光催化性能將不再提高，所以 TiO2薄膜的厚度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，銀膜厚度越厚， 光催化效率越低。這致使在光能作用下，產(chǎn)生的電子和空穴能夠存在更長(zhǎng)的時(shí)間，也就是增加了電子和空穴的數(shù)量，于是有利于光催化反應(yīng)的進(jìn)行。盡管納米粒子的量子尺寸效應(yīng)使禁帶變寬，并使導(dǎo)帶能級(jí)向負(fù)移，價(jià)帶能級(jí)向正移，導(dǎo)致催化劑的氧化能力增強(qiáng)。 從式中可以看出粒徑小 ， 光生電子和空穴從 TiO2體內(nèi)擴(kuò)散到表面時(shí)間短 ， 他們?cè)赥iO2體內(nèi)的復(fù)合幾率減小 ， 到達(dá)表面的電子和空穴數(shù)量多 ， 光催化活性高 。無(wú)定形和板鈦礦相的 TiO2無(wú)光催化活性。影響 TiO2 薄膜結(jié)構(gòu)的因素較多 ,目前研究最多的是溫度和氧分壓對(duì)TiO2 薄膜結(jié)構(gòu)的影響。這些結(jié)構(gòu)的共同點(diǎn)是 ,其組成結(jié)構(gòu)的基本單位均是 TiO6八面體 ,而區(qū)別是這些 TiO6八面體是通過(guò)共用頂點(diǎn)還是通過(guò)共邊組成骨架。另外 銀能級(jí) 可以作為電子捕獲中心，或者說(shuō)它對(duì)電子的吸附作用最大，并且集中了 AgDP25附近的雜質(zhì)粒子。從導(dǎo)帶中轉(zhuǎn)移到這些表面層中的電子數(shù)可通過(guò)下面的計(jì)算得到： ( (A)1h,(B)2h,(C)4h,(D)6h,(E)8h,(F)10h,(G)12h,(H)14h,(I)16h,(J)18h,(K)20h,(L)98h ) 圖 AgDP25能級(jí)和能級(jí) （所畫的能級(jí)是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位的電位，在不同 pH下電位相對(duì)于真空能級(jí)的改變通過(guò)公式 H給出，其中是電位，單位 V； R為理想氣體常數(shù)；T是溫度，單位 K； F為電量，單位 C。 6 圖 不同時(shí)間下膜片表面銀電 鏡圖像 分布在膜片表面上的銀原子還可以擴(kuò)展 TiO2膜片光催化反應(yīng)的光源波長(zhǎng)區(qū)間。由電阻加熱蒸發(fā)出來(lái)的銀原子，入射到膜片上以后，附著在膜片表面上。自由基幾乎無(wú)反應(yīng)物選擇性，它在光催化氧化中起著決定性的作用。 + TiO2（ ?CBe ） +2H? → H2O2+TiO2 （ 8） H2O2→ 2 OH （ 5） ?2O 在光催化半導(dǎo)體中，空穴具有更大的反應(yīng)活性，是攜帶量子的主要部分，一般與表面吸附的 H2O或 OH? 離子反應(yīng)形成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基。而激發(fā)態(tài)的導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴又能重新復(fù)合，使光能以熱能的形式散失。TiO2 半導(dǎo)體粒子的能帶結(jié)構(gòu)一般由填滿電子的價(jià)帶（ VB）和空的高能導(dǎo)帶（ CB）構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶，稱為禁帶寬度或帶隙能（ gE ）。 從 1972年 Fujishima和 Honda首次發(fā)現(xiàn) TiO2單晶能夠在 太陽(yáng)光輻射下分解水開始， TiO2優(yōu)異的光催化性能得到廣泛的關(guān)注，但是因其帶隙較寬（ ～ ），光響應(yīng)范圍較窄，難以有效的利用太陽(yáng)光；另一個(gè)關(guān)鍵問題是如何增加導(dǎo)體光致電子空穴對(duì)或減少其復(fù)合幾率，以提高量子效率與光催化活性。大量研究表明，水和空氣中各種有毒有害的污染物，化工生產(chǎn)中排放的各種烷烴、芳烴及其衍生物、鹵代物、多環(huán)芳烴和雜環(huán)化合物等大都能被光催化降解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明復(fù)合膜在可見光下具有光催化性能，可見光下銀膜厚度為 548nm 時(shí)光催化效果最好，在一定范圍內(nèi)， TiO2薄膜 厚度越厚，光催化性能越好， TiO2薄膜 對(duì)亞甲基藍(lán)的催化效果要好于羅丹明。目錄 中文摘要 ........................................................... 1 英文摘要 ........................................................... 2 1 前言 ............................................................ 3 2 光催化作用概述 .................................................. 4 TiO2薄膜光催化作用機(jī)理 ...................................... 4 納米銀作用于 TiO2薄膜 光催化的機(jī)理 ............................ 5 相關(guān)參數(shù)對(duì) 復(fù)合 薄膜 光催化 性能的影響 .......................... 7 TiO2薄膜 晶體結(jié)構(gòu)的影響 ................................. 7 TiO2薄膜 晶粒尺寸 ....................................... 8 銀膜厚度 .............................................. 8 TiO2薄膜 厚度 ........................................... 9 復(fù)合膜 表面積和表面預(yù)處理 .............................. 9 3 實(shí)驗(yàn)部分 ....................................................... 10 實(shí)驗(yàn)方案簡(jiǎn)介 ............................................... 10 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹 ............................................... 10 TiO2薄膜 制備系統(tǒng) ...................................... 10 蒸發(fā)鍍銀膜系統(tǒng) ....................................... 11 光催化反應(yīng)系統(tǒng) ....................................... 12 光催化測(cè)定 ................................................. 13 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及 數(shù)據(jù)分析 ............................................. 15 不同厚度的二氧化鈦薄膜對(duì)光催化的影響 ....................... 15 不同厚度銀膜對(duì)光催化的影響 ................................. 16 可見光下復(fù)合膜的催化性 ............................
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