为解决纳米光催化粉体在使用过程中的催化剂流失问题，提高催化剂的光催化性能，本文就如下几个内容进行了研究： (1)以多孔泡沫镍为载体，采用水热合成法制备了单一 Pb、Sr、Ag、F掺杂改性和Pb与F共掺杂、Sr与F共掺杂改性、Ag与F共掺杂改性的金属载体纳米TiO<,2>光催化复合材料，并对样品进行了煅烧处理。对样品进行了XRD、TEM、SEM、FT-IR、UV-vis、XPS表征，以样品对水中罗丹明B的降解性能为评价指标，考察和评价样品的光催化性能。 结果表明，样品对水中罗丹明B的光催化降解反应为表观零级反应；未掺杂改性样品的主体为锐钛矿型TiO<,2>，经煅烧处理后，晶体发育更加良好，晶体粒径增大，催化剂负载量增加，吸附水消失，吸收边红移，光催化性能提高。 Pb掺杂改性样品的主体为锐钛矿型TiO<,2>，有少量PbTiO<,3>晶体生成，纳米颗粒成条形，晶体颗粒粒径增大，亲水性提高，吸收边红移，光催化性能提高，最佳掺杂量为0.5％1煅烧处理后，晶体发育更加良好，晶体粒径增大，PbTiO<,3>晶体衍射峰消失，催化剂负载颗粒细化，结构水消失，吸收边红移，光催化性能提高，最佳掺杂量为0.5％。F掺杂改性样品的主体为锐钛矿型TiO<,2>，纳米颗粒为球形，亲水性提高，吸收边红移，样品光催化性能提高，最佳掺杂量为2.0％；煅烧处理后，晶体发育更加良好，晶体粒径增大，催化剂负载量增加，结构水消失，吸收边红移，样品光催化性能提高，最佳掺杂量为2.0％。0.5％Pb与2.0％F共掺杂改性样品的主体为锐钛矿型TiO<,2>，样品中有少量PbTiO<,3>和PbO生成，晶粒细化，纳米颗粒为球形，亲水性提高，吸收边红移，水热过程中基体Ni参与了反应，使样品中催化剂主体构成了半导体复合结构，样品光催化性能优于单元素改性样品：煅烧处理后，晶体发育更加良好，晶体粒径增大，催化剂负载量增加，晶体颗粒间结构水消失，吸收边红移，PbTiO<,3>分解为PbO，F<'->掺杂进入纳米TiO<,2>晶格，样品光催化性能略有提高。 Sr掺杂改性样品中有SrTiO<,3>生成，纳米TiO<,2>呈非晶态，纳米颗粒为多边形，颗粒细化，亲水性提高，吸收边紫移，光催化性能提高，最佳掺杂量为1.25％；煅烧处理后，锐钛矿型纳米TiO<,2>晶体衍射峰增强，催化剂负载颗粒尺寸减小，负载量增加，结构水减少，吸收边红移，光催化性能提高，最佳掺杂量为0.25％；0.25％Sr与2.0％F共掺杂改性样品的主体为锐钛矿型TiO<,2>，纳米粉体颗粒为不规则多边形和球形，亲水性下降，对紫外光吸收能力增强，吸收边红移，水热过程中基体Ni参与了反应，且有少量SrTiO<,3>、SrO生成，使样品中催化剂主体构成了半导体复合结构，样品光催化性能优于单元素改性样品；煅烧处理后，晶体发育更加良好，晶体粒径增大，亲水性下降，吸收边红移，样品光催化性能略有提高。 Ag修饰改性样品的主要成分为锐钛矿型纳米TiO<,2>晶体，纳米颗粒为多边形，亲水能力下降，对紫外光吸收加强，吸收边红移，样品光催化性能提高，最佳修饰量为10.2％；煅烧处理后，晶体发育更加良好，晶体粒径增大，催化剂负载量增加，结构水消失，吸收边红移，样品光催化性能提高，最佳掺杂量为0.8％；1.2％Ag与2.0％F共掺杂改性样品的主体为锐钛矿型TiO<,2>，纳米粉体颗粒为球形，有部分团聚，亲水能力下降，吸收边红移，水热过程中基体Ni参与了反应，NiO弥散于纳米TiO<,2>晶体表面形成半导体复合结构，Ag沉积于纳米TiO<,2>晶体表面形成Schottky势垒，F<'->掺杂进入纳米TiO<,2>晶格造成晶格膨胀，导致样品的光催化性能提高；煅烧处理后，NiO、AgO弥散于纳米TiO<,2>晶体表面，促进了样品光催化性能的提高。 (2)以多孔泡沫镍为载体，采用复合化学镀法制备了多孔纳米TiO<,2>光催化材料。以样品对水中罗丹明B的降解性能为评价指标，对样品的光催化性能进行评价。样品对水中罗丹明B的光催化降解反应为表观零级反应；正交实验结果表明，复合化学镀制备多孔光催化材料的最佳的工艺条件为：镀液中NiSO<,4>·6H<,2>O浓度为20 g/L、镀液中NaH<,2>PO<,2>·H<,2>O浓度为20 g/C，、镀液温度为90℃、镀液pH值为4.6、施镀过程中P25纳米TiO<,2>投加量为0.28 g/L，各因素对样品性能的影响顺次下降；纳米Bi<,2>O<,3>复合使样品的光催化性能下降，当纳米Bi<,2>O<,3>复合量达8％时，样品的光催化性能最差，继续增加纳米Bi<,2>O<,3>复合量，样品的光催化性能提高，当纳米Bi<,2>O<,3>复合量达24％时，样品的光催化性能优于未复合样品的光催化性能；ZnO复合使样品的光催化性能有明显改善，且随着纳米ZnO复合量的增加，样品的光催化性能提高；Ag修饰导致Bi<,2>O<,3>复合改性样品的光催化性能下降，使ZnO复合改性样品的光催化性能提高。 (3)以多孔泡沫镍为载体，采用复合电镀法制备的多孔纳米TiO<,2>光催化材料，样品对水中罗丹明B的光催化降解反应为表观零级反应；正交实验结果表明，复合电镀制备多孔光催化材料的最佳工艺条件为：电镀液中硫酸镍浓度180 g/L；镀液中P25型纳米TiO<,2>粉体投加量2g/L；电镀温度45℃；搅拌速度4档。各因素影响样品性能的顺序为：镀液中NiSO<,4>·6H<,2>O浓度>搅拌速度>纳米TiO<,2>投加量>镀液温度；Bi<,2>O<,3>和ZnO复合改性使样品的光催化性能提高，随纳米Bi<,2>O<,3>和ZnO复合量增加，样品的光催化性能提高，当纳米Bi<,2>O<,3>复合量达7％或ZnO复合量为2％时，样品的光催化性能最优，随纳米Bi<,2>O<,3>和ZnO复合量继续增加，样品的光催化性有所下降； Ag修饰使经Bi<,2>O<,3>或ZnO复合改性样品的光催化性能提高，最佳Ag修饰量分别为1％和4％。

    doi：
    10.7666/d.y1221287
    关键词：
    纳米粉体 光催化性能 孔泡沫镍 复合材料 掺杂改性 复合电镀法
    作者：
    孙彤
    学位授予单位：
    东北大学
    授予学位：
    博士
    学科专业：
    冶金物理化学
    导师姓名：
    马培华 翟玉春
    学位年度：
    2006
    语种：
    中文
    分类号：
    TB383 TQ426.6
    在线出版日期：
    2008年07月31日（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）