【正文】 用雜質(zhì)離子來改變半導體中電子和空穴的濃度。這種二氧化鈦的復合半導體的光譜響應范圍可擴展至可見光波段，催化活性更高。因復合半導體的能帶交迭而使其光譜響應得到顯著改善。由于兩種半導體的導帶、價帶、禁帶寬度不一致而發(fā)生交迭，從而提高晶體的電荷分離率，擴展二氧化鈦的光譜響應。其二是將二氧化鈦與其它半導體化合物復合，形成復合型半導體，以改變其光譜響應。于是科技工作者圍繞二氧化鈦的光催化特性研究展開了大量的實驗。Frank ，二氧化鈦光催化研究大體經(jīng)歷了如下幾個階段：首先是1997年Frank 、SnOWOZrOZnO、CdS等單一半導體化合物做光催化劑，發(fā)現(xiàn)這些半導體微粒在紫外波段具有一定的光催化特性。 納米TiO2的發(fā)展概況自從1997年Frank [5]在光催化降解水中污染物方面做了開拓性的工作并提出將半導體微粒的懸浮體系應用于處理工業(yè)污水以來，光催化研究日益活躍。從而加寬了TiO2的吸收波長，有效擴展了TiO2在可見光區(qū)的光譜響應。較為常用的復合方法為浸漬法和混合溶膠法。將窄禁帶的半導體CdS引入到寬禁帶的半導體TiO2中構(gòu)成復合半導體，使TiO2光催化劑的光譜響應獲得了顯著改善。已有多種方法對沉積了貴金屬的半導體進行表征，并探討了沉積的作用機理。因為貴金屬沉積在催化劑表面時，光激發(fā)產(chǎn)生的電子e立即轉(zhuǎn)移到貴金屬上，隨后將貴金屬表面吸附的氧化組分如O2還原，還原組分則被表面的光生空穴h+氧化，從而有效的減少了光生載流（e、h+）復合，提高光催化活性。稀土因為其特殊的電子層結(jié)構(gòu)，具有一般元素無法比擬的光譜特性，具有未充滿的4f殼層的稀土原子或離子形成的化合物的4f電子可以在ff組態(tài)之間或fd組態(tài)之間的發(fā)生躍遷。過渡金屬的變價以及3d軌道對TiO2半導體的光電化學性質(zhì)有很大的影響，同時某些金屬離子的摻雜還可以擴展光吸收范圍，所以過渡金屬離子的摻雜改性是提高光催化活性的一個有效方法。如金屬離子摻雜、貴金屬的沉積、復合半導體、表面敏化等。另外，光生載流子（e、h+）容易復合，在催化劑的表面的復合是在小于10~9秒的時間內(nèi)完成。O2 —— ?OH + OH + O2 ()h+ + OH —— ?OH ()?OH不穩(wěn)定，具有很高活性，氧化能力比H2O2，O3強，能氧化難降解有機物，將有機物的C、H、S分別氧化成COH2O、SO42。對于銳鈦礦型TiO2， eV，相當于387 nm光。N型半導體吸收了能量大于或等于禁帶寬度的光子后，價帶上電子躍過價帶進入導帶。二氧化鈦還用作搪瓷的消光劑，可以產(chǎn)生一種很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。二氧化鈦可由金紅石用酸分解提取，或由四氯化鈦分解得到。自然界存在的二氧化鈦有三種變體：金紅石為四方晶體；銳鈦礦為四方晶體；板鈦礦為正交晶體。市場銷售的純度為≥%。HEB大學畢業(yè)設計（論文）摻鐵二氧化鈦的制備及其對羅丹明B的降解畢業(yè)論文目錄摘 要 IAbstract II1 緒 論 1 引言 1 納米TiO2光催化機理 1 納米TiO2的改性方法 2 納米TiO2的發(fā)展概況 3 納米TiO2光催化氧化技術的研究現(xiàn)狀及應用前景 4 本課題研究的目的和意義 52 純TiO2和摻鐵TiO2的制備 7 實驗原理 7 主要實驗設備和藥品 7 二氧化鈦和摻鐵二氧化鈦的制備過程 8 正交實驗確定制備TiO2各藥品配比 8 正交實驗確定制備FeTiO2最佳條件 10 Fe TiO2光催化劑制備條件的影響 12 鍛燒溫度的影響 12 鍛燒時間的影響 13 摻鐵量W(Fe3+/ TiO2)的影響 14 小結(jié) 153 光催化實驗及其影響因素 16 光催化機理 16 光催化降解實驗 17 實驗方法 17 分析方法 18 處理溶液pH的影響 19 光催化時間影響 20 小結(jié) 21結(jié) 論 22參考文獻 23致 謝 251 緒 論 引言二氧化鈦，化學式為TiO2，俗稱鈦白粉，英文：Titanium (IV) oxide。多用于光觸媒、化妝品，能靠紫外線消毒及殺菌，白色固體或粉末狀的兩性氧化物，易結(jié)合在一起。二氧化鈦的熔點1830～1850℃ ，沸點2500～3000℃。二氧化鈦在水中的溶解度很小，但可溶于酸，也可溶于堿。二氧化鈦性質(zhì)穩(wěn)定，大量用作油漆中的白色顏料，它具有良好的遮蓋能力，和鉛白相似，但不像鉛白會變黑；它又具有鋅白一樣的持久性。 納米TiO2光催化機理實驗證明：二氧化鈦晶體有三種結(jié)構(gòu)：銳鈦礦型、金紅石型、板鈦礦型，其中銳鈦礦型TiO2具有較好光催化作用，屬N型半導體。價帶上則形成光致空穴。TiO2 + hv → h+ + e ()e —導帶上的光致電子h+ —代表TiO2光致空穴h+具有很強的捕獲電子能力，具有極強的氧化性；e具有很強的還原性，在半導體表面形成很強的氧化還原體系，在水溶液中時產(chǎn)生以下反應[1]：h+ + H2O —— H+ + ?OH ()O2 + 2e + 2H+ ——H2O2 ()H2O2 + 納米TiO2的改性方法TiO2催化劑由于禁帶較寬[2]（E=），只能被波長小于或等于387nm的近紫外部分所激發(fā)，這部分光只占太陽光的一小部分（僅為4%），不能充分利用太陽光。因此，如何減少光生載流子（e、h+）的復合幾率、擴展TiO2催化劑的光響應范圍至可見光區(qū)，提高對太陽能的利用效率的有效途徑是對TiO2催化劑表面進行修飾。（1）金屬離子 過渡金氧化物摻雜可以在TiO2晶格中引入了缺陷位置或改變結(jié)晶度，抑制電子空穴對的復合，延長載流子的壽命。大量的研究表明：摻入過渡金屬離子可改善TiO2的光催化性能。（2）沉積貴金屬[34] 在二氧化鈦中引入貴金屬粒子可以對半導體進行改性。常見的貴金屬有Pt、Pd、Au、Ag、Ru等。（3）復合半導體 復合半導體是由兩種不同的半導體復合而成，由于半導體禁帶寬不同，復合半導體可以擴展波長的響應范圍，提高電荷的分離能力，從而具有比單一半導體更加優(yōu)越的性質(zhì)。將ZnO與TiO2復合，盡管ZnO和TiO2有同等的禁帶寬度，但因復合半導體的能帶交迭而使其光譜響應也得到了顯著改善。（4）表面光敏化 光敏化是指將具有光活性化合物（多為有機光敏材料）以物理或化學吸附于半導體表面，這些物質(zhì)在可見光的照射下，電子被激發(fā)后注入到半導體的導帶上。Ozer等研究過過羥丙基纖維素（HPC）和鎳鈦菁（NiPC）共飾的電極光譜響應，發(fā)現(xiàn)其光電流作用譜圖不同于單純的TiO2和NiPC的吸收光譜，在550nm處出現(xiàn)一個極大的響應峰。二十幾年來，人們對光催化機理研究做了大量探討，弄清楚了半導體光催化劑的作用原理，在材料選擇及制備方面也經(jīng)歷了由盲目性到目標明確、由簡單到復雜、由單一到復合的過程。而二氧化鈦因其穩(wěn)定性好、成本低、光催化活性強、對人體無害等性質(zhì)而最具應用前景。 eV的寬禁帶半導體，其光催化特性僅限于紫外波段，～ μm范圍內(nèi)，在這個波段紫外光僅占2 %左右，因而二氧化鈦直接利用太陽光進行光催化分