氧氮化钛纳米材料的合成及其光热/光催化性能研究

来源 :曹云波 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaxia904
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氮化钛(Ti N)具有独特的电子结构,同时具有高硬度、高熔点、高化学稳定性以及优良的抗氧化性和导电性,是一种新兴的光热转换材料,已被广泛应用于太阳光能源转换领域。氧化钛(Ti O2)在光催化方向具有广泛的应用,但其固有的宽禁带宽度,限制了其对太阳光可见-近红外光部分的利用。据研究报道,氧化钛掺入N元素(氧氮化钛)可以减小材料的禁带宽度,增加材料对可见光的吸收。氧氮化钛(Ti OxNy)结合了氧化钛和氮化物的优点,不仅具有良好的导电性和耐腐蚀性,还具有优异的光学特性,使其在太阳光能源转换领域表现出广泛应用前景。熔盐法作为一种简单、重复性高的无机材料粉体制备方法,具有合成温度低、反应时间短、合成粉体的纯度高及粒径小等优点。基于此,本论文采用盐辅助一步法制备得到Ti OxNy和氧氮化钛/氮化碳(Ti OxNy/C3N4)复合粉体,并对其合成工艺进行了研究,同时探究了氧氮化钛水相纳米流体的光热转换性能和氧氮化钛/氮化碳复合粉体光催化降解污染物性能。研究表明:(1)以三聚氰胺为碳、氮源,氧化钛为钛源,Na Cl-KCl为盐介质,在620~1000°C热处理温度下制备得到了Ti OxNy。随着热处理温度的升高,产物Ti OxNy中的O含量逐渐下降,Ti-N键含量逐渐增加。在模拟太阳光(100 m W/cm~2)下,照射3000 s后,1000°C制备的Ti OxNy水相纳米流体,最高温度为69.6°C,光热转换效率效率为51.2%,为商业Ti N的1.33倍。(2)以氧化钛为原料,Na Cl、KCl、Li Cl、Na Br和Na F分别为盐介质,在N2气氛下,620°C处理2 h,卤素与钛之间相互作用生成了O-Ti-X(X=Cl,Br)结合键,卤素离子部分取代氧原子,促进了Ti O2还原氮化合成Ti OxNy的反应过程,其中氯盐对Ti O2的氮化过程促进效果最为显著。(3)以氧化钛和三聚氰胺为原料,通过盐辅助一步法得到Ti OxNy/C3N4复合粉体,Ti OxNy与C3N4之间发生了热电子转移,以及Ti OxNy的光热效应提高了Ti OxNy/C3N4复合粉体光催化降解亚甲基蓝的降解速率,其速率常数为C3N4的2.7倍,Ti OxNy的8.4倍。
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