纳米氧化钛光催化材料及应用PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 半1导体和纳米材料 1

1.2 纳米半导体的特殊性质 4

1.2.1 光学特性 4

1.2.2 光催化特性 8

1.2.3 光电转换特性 9

1.2.4 电学特性 9

1.3 金属氧化物的缺陷和半导体性质 10

1.3.1 晶体的不完全性 10

1.3.2 半导体性质与缺陷 13

1.4 纳米半导体的应用 13

1.4.1 半导体光催化性 13

1.4.2 气敏性与传感器 18

1.4.3 新型能源应用 19

1.4.4 信息材料 19

参考文献 20

第2章 氧化钛的晶体结构及光谱特征 23

2.1 阴离子的密堆积方式 23

2.1.1 阴离子的排列方式 23

2.1.2 六方密堆积和四方密堆积 24

2.2 氧化钛的晶体结构 25

2.2.1 金红石 27

2.2.2 板钛矿 30

2.2.3 锐钛矿 32

2.3 氧化钛三种晶相的物理性质对比 34

2.4 纳米氧化钛的光谱特征 35

2.4.1 X射线衍射（XRD） 35

2.4.2 紫外可见光漫反射吸收光谱（UV-vis） 36

2.4.3 拉曼光谱（Raman） 37

参考文献 38

第3章 纳米氧化钛的光催化原理 39

3.1 氧化钛的能带结构 40

3.2 化合物半导体的光催化原理 42

3.3 光催化剂与反应物的表面结合态 45

3.4 纳米光催化剂的效应 46

3.4.1 能级移动 46

3.4.2 光激发位置趋近表面 47

3.4.3 电荷分离的空间变小 47

3.4.4 表面积增大 47

3.5 光催化反应速率、效率的影响因素 48

3.5.1 催化剂 48

3.5.2 光源与光强 49

3.5.3 有机物浓度 49

3.5.4 pH值 50

3.5.5 外加催化剂 50

3.5.6 盐 51

3.5.7 反应温度 51

3.5.8 表面螯合和共价作用的吸附物 51

参考文献 52

第4章 纳米氧化钛粉体的制备和表征 54

4.1 纳米粉体制备概述 55

4.1.1 物理法制备纳米粉体 55

4.1.2 化学法制备纳米粉体 56

4.1.3 纳米氧化钛的制备科学 57

4.1.4 工业生产氧化钛微粉的方法 58

4.2 四氯化钛水解法制备纳米氧化钛粉体 60

4.2.1 TiCl4的水解条件 60

4.2.2 TiCl4水解的反应流程 61

4.2.3 TiCl4水解的反应机理 61

4.2.4 TiCl4水解法所制的纳米氧化钛粉体的特性 63

4.2.5 纳米氧化钛粉体的相变 73

4.2.6 TiCl4水解法制备金红石相纳米氧化钛粉体 78

4.3 溶胶－凝胶法制备纳米氧化钛粉体 86

4.4 水热法制备纳米氧化钛粉体 88

4.4.1 概述 88

4.4.2 pH值的影响 91

4.4.3 溶液浓度的影响 92

4.4.4 水热温度的影响 92

4.4.5 反应时间的影响 92

4.5 气相法制备纳米氧化钛粉体 93

4.6 微乳液法制备纳米氧化钛粉体 94

4.6.1 微乳液的基本概念和原理 94

4.6.2 制备氧化钛介孔膜 97

4.6.3 制备氧化钛纳米晶 97

4.6.4 制备氧化钛的复合物 99

4.7 纳米粉体的干燥技术 100

参考文献 101

第5章 氧化钛纳米晶的光催化活性 104

5.1 影响光催化活性的因素 105

5.1.1 纳米结构对光催化活性的影响 105

5.1.2 商品纳米晶光催化剂 111

5.1.3 光催化体系中的影响因素 111

5.1.4 光量子产率的极限和提高其量子产率的措施 114

5.2 光氧化反应中氧化钛的光催化活性 116

5.2.1 苯酚及光催化反应部分中间体浓度的分析 116

5.2.2 总有机碳含量（TOC）分析 117

5.2.3 未通氧条件下氧化钛纳米晶的光催化活性 119

5.2.4 氧化钛纳米晶的光催化活性 119

5.2.5 氧化钛纳米晶对苯酚深度矿化的选择性 119

5.2.6 煅烧温度对氧化钛纳米晶光催化活性和深度矿化选择性的影响 121

5.2.7 氧化钛纳米晶催化后变色的红外光谱研究 124

5.3 通氧条件下氧化钛纳米晶的光催化活性 125

5.3.1 氧化钛纳米晶的光催化活性 126

5.3.2 氧化钛纳米晶对苯酚深度矿化的选择性 126

5.3.3 煅烧温度对氧化钛纳米晶光催化活性和深度矿化选择性的影响 127

5.3.4 苯酚光催化降解的机理 128

5.3.5 回收的光催化剂的催化活性 129

5.4 光还原反应中氧化钛纳米晶的光催化活性 130

5.4.1 铬酸根光催化降解率的测定 130

5.4.2 影响铬酸根光催化降解率的因素 131

5.5 金红石相氧化钛纳米晶的光催化活性 136

5.5.1 苯酚光催化降解反应中的活性 138

5.5.2 铬酸根光催化降解反应中的活性 139

参考文献 142

第6章 纳米氧化钛薄膜制备、表征与光催化性能 144

6.1 液相沉积法制备纳米氧化钛薄膜 146

6.1.1 液相沉积法简介 146

6.1.2 液相沉积法制备TiO2薄膜 147

6.1.3 TiO2薄膜的形貌观察与结构表征 148

6.1.4 液相沉积法制备的TiO2薄膜的光催化性能 153

6.2 溶胶－凝胶法制备纳米氧化钛薄膜 159

6.2.1 溶胶－凝胶法简介 159

6.2.2 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜 161

6.2.3 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜的形貌和结构表征 163

6.2.4 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜光催化性能的研究 166

6.3 化学气相沉积法制备纳米氧化钛薄膜 167

6.3.1 化学气相沉积法简介 167

6.3.2 化学气相沉积法制备TiO2薄膜 170

6.3.3 化学气相沉积法制备TiO2薄膜的光催化性能 171

6.3.4 制备过程中少量的水对TiO2薄膜物理性质的影响 173

6.4 热分解法制备氧化钛薄膜 176

6.4.1 热分解法简介 176

6.4.2 热分解法制备TiO2薄膜 176

6.4.3 热分解法制备TiO2薄膜光催化NO分解 180

6.5 磁控溅射法制备纳米氧化钛薄膜 181

6.5.1 磁控溅射法简介 181

6.5.2 磁控溅射法制备TiO2薄膜与光催化性能 184

参考文献 188

第7章 在孔材料中修饰氧化钛和多孔氧化钛的制备、表征与光催化性能 190

7.1 在沸石分子筛中组装氧化钛 190

7.1.1 沸石分子筛简介 190

7.1.2 沸石分子筛中组装氧化钛光催化剂的制备 192

7.1.3 沸石分子筛中组装氧化钛光催化剂的结构表征 192

7.1.4 沸石分子筛中组装氧化钛光催化剂的催化性能 195

7.2 在介孔材料孔道表面修饰氧化钛 198

7.2.1 介孔材料的孔道结构 198

7.2.2 氧化钛修饰MCM-41的合成与结构表征 201

7.2.3 其他钛前驱体合成氧化钛修饰MCM-41的合成与结构表征 207

7.2.4 以TiCl4为钛源制备氧化钛修饰的介孔材料 217

7.3 多孔氧化钛的制备及其物理化学性质 224

7.3.1 多孔氧化钛的简介 224

7.3.2 多孔氧化钛的制备 225

7.3.3 多孔氧化钛的结构表征 226

7.3.4 钛硅复合粉体及多孔氧化钛的光催化活性 232

参考文献 235

第8章 纳米氧化钛的复合光催化材料 238

8.1 纳米氧化钛颗粒与其他半导体化合物复合 241

8.2 纳米金属微粒和金属离子掺杂的氧化钛薄膜 244

8.2.1 纳米金属Ag掺杂的氧化钛薄膜 244

8.2.2 金属离子W6+掺杂的氧化钛薄膜 247

8.3 修饰在介孔上的氧化钛表面沉积纳米贵金属颗粒 249

8.4 多孔氧化钛沉积纳米贵金属颗粒 254

参考文献 259

第9章 纳米氧化钛的实际应用 260

9.1 太阳能电池 260

9.1.1 纳米晶TiO2膜 261

9.1.2 染料敏化剂 262

9.1.3 电解质 264

9.1.4 对电极 265

9.2 污水处理用太阳能光反应器的类型 265

9.2.1 PTR 268

9.2.2 CPCR 269

9.2.3 管式光反应器 271

9.2.4 DSSR 271

9.2.5 TFFBR 272

9.2.6 几种太阳能光反应器反应效率的对比 273

9.3 空气净化器 275

9.4 防雾及自清洁涂层 279

9.5 抗菌材料 282

参考文献 285

第10章 纳米光催化材料的应用前景展望 287