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摘 要

近些年来，环境问题频频发生，人们对生态环境的重视程度越来越高，污染治理受到人们的广泛关注。半导体纳米材料是一种新型污染物降解材料，区别于传统材料，该新型材料通过光催化反应降解污染物。在污染治理过程中，不会产生二次污染，在有机污染物的降解方面有着巨大的发展前景。但是，由于半导体光催化剂在实际的应用过程中光催化效率偏低，难以大规模的应用于污染物处理当中。

本文主要通过调整纳米TiO₂的制备方法和在TiO₂表面负载Ag团簇，观察TiO₂光催化性能的变化。首先，使用液相法合成氧化钛纳米颗粒球。将极小的单分散Ag团簇作为助催化剂负载到TiO₂光催化剂上，制备Ag团簇/TiO₂复合纳米光催化剂。再将TiO₂样品与待降解的溶液混合、搅拌，使之达到吸附平衡，并利用紫外-可见吸收光谱检测光催化降解效率。

实验通过改变Ag团簇在TiO₂表面的负载量的大小，进行光催化实验，观测Ag团簇负载量对光催化性能的影响。同时，在实验中，我们还发现TiO₂制备方法的不同对其光催化活性存在一定的影响。我们通过改变溶剂和前驱体，以及去除配体的方法，重新制备TiO₂进行光催化实验，并与之前实验结果对比。探讨Ag团簇负载量，以及溶剂和前驱体对TiO₂光催化性能的影响。

关键词： TiO₂；合成；Ag团簇；光催化

Preparation and Properties of Multiplex Nanocomposite Ag clusters/TiO₂

ABSTRACT

In recent years, people have been increasingly concerning about ecological environment due to the environmental problems occurring frequently, simultaneously, they gradually pay close attention to pollution governing. Semiconductor nanomaterial is a class of burgeoning material which is capable of contamination degradation contamination by photocatalytic reactions differing from conventional material. Although it has prodigious promising development by reason that the procedures don’t generate secondary pollution, numerous limitations should be resolved, for instance, it is troublesome for semiconductor photocatalyst treating pollution in a large scale owing to its unsatisfying reaction efficiency consisted in practical applications.

The diverse photocatalytic activity of TiO₂ is discussed in this thesis based on adjusting the preparation method of nanomaterial and doping Ag cluster into TiO₂. The titania nanoparticles are synthesized in liquid phase. After Ag cluster /TiO₂ composite nano photocatalyst is prepared with the small single dispersed Ag cluster as the catalyst accelerate supported on the TiO₂ photocatalyst, the mixed solution containing TiO₂ sample reaches into adsorption equilibrium via stirring. Photocatalytic degradation efficiency is determined with ultraviolet spectrum.

We observe photocatalytic performance influence resulted from diverse Ag clusters loading amount by means of changing the loading amount of Ag clusters to synthesize TiO₂ photocatalyst, subsequently conducting photocatalytic experiments. Accidentally, we discover the interesting phenomenon that the varying synthesis methods of TiO₂ have effect on the photocatalytic performance to a certain extent. Thereby, we synthesize renewedly TiO₂ with diverse means such as changing menstruum, titanium source and ridding ligands to experiment compared with the former experiment for the purpose of preliminarily investigating catalyst activity based on Ag clusters loading amount on TiO₂ partials surface, menstruum and titanium source.

Key words: TiO₂; synthesis; Ag cluster; photocatalysis

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 i

第一章 文献综述 1

1.1. TiO₂光催化基本原理 1

1.1.1. TiO₂能带结构与光催化反应过程 2

1.2. 影响TiO₂光催化活性因素 4

1.2.1. TiO₂的晶型 4

1.2.2. TiO₂的粒径 5

1.3. 纳米TiO₂半导体材料的合成方法 6

1.3.1. 气相法 6

1.3.2. 液相法 7

1.4. 提高纳米TiO₂光催化活性的方法 8

1.4.1. 金属离子掺杂 8

1.4.2. 阴离子掺杂 9

1.4.3. 表面贵金属改性 9

1.4.4. 半导体的表面光敏化 10

1.4.5. 半导体的异质结复合技术 10

1.4.6. 环境因素 10

1.4.7. 辅助能量场 12

1.5. 研究的内容和目的 13

第二章 实验部分 14

2.1. 实验原料及装置 14

2.1.1. 实验试剂 14

2.1.2. 实验仪器 14

2.2. 表征仪器 15

2.3. 实验步骤 15

2.3.1. TiO₂的制备 15

2.3.2. TiO₂的退火 16

2.3.3. TiO₂的处理 16

2.3.4. Ag团簇的制备 16

2.3.5. Ag团簇的负载 16

2.3.6. 光催化实验 16

2.3.7. 样品表征 17

第三章 实验结果与讨论 18

3.1. SEM分析 18

3.2. XRD分析 18

3.3. TiO₂样品紫外可见漫反射光谱分析 19

3.4. Ag团簇的合成与负载分析 20

3.4.1. Ag团簇放大实验 20

3.4.2. 更改配体 21

3.4.3. Ag团簇负载比较 22

3.5. 光催化实验分析 22

3.5.1. 不同TiO₂样品光催化活性 23

3.5.2. Ag-TiO₂光催化实验分析 24

3.5.3. 除配体样品的光催化实验分析 26

第四章 实验结论与展望 27

4.1. 实验结论 27

4.2. 实验展望 27

参考文献 28

致 谢 32

第一章 文献综述

随着社会的进步和工业化进程的加快，我们享受着工业化给我们带来的便利。同时，也面临着环境污染和能源短缺的种种问题。日益严重的水污染已经向我们的生活敲响了警钟，水污染治理已经迫在眉睫。治理的关键在于节能减排，即减少资源的消耗，增加对能源的利用效率，对废弃物、污染物的处理和再生。水污染主要来自于工业污水的排放；农药、化肥的过量使用；以及化石燃料的燃烧。目前，应用广泛的污水处理技术主要是利用沉降、絮凝、过滤、吸附、气提等方法。这一类方法工艺成熟，且利于集中处理，具有容易实现大规模工业化的优点，故而被广泛采用。但是这类方法在污染处理过程中，仅仅是将污染物进行转移，从一个相转移到另一个相。没有在根本上对污染物进行有效的处理和破坏，所以难免会出现二次污染。因此，当前有关水处理的研究已经从物理方法逐步转移到化学转化法，利用化学反应，彻底的破坏污染物，实现水污染处理的绿色化和无害化。

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