天然鐵電氣石調製TiO2實現可見光催化活性的機制研究

《天然鐵電氣石調製TiO2實現可見光催化活性的機制研究》是依託哈爾濱理工大學，由亓淑艷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：天然鐵電氣石調製TiO2實現可見光催化活性的機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：亓淑艷
• 依託單位：哈爾濱理工大學

項目摘要

利用天然電氣石表面極化電場，調製納米TiO2實現可見光催化活性。以內蒙古高純度天然鐵電氣石為研究對象，從礦物組成、結構及自發極化性質出發，採用溶膠-凝膠法同步實現納米TiO2製備及其在電氣石微粒上的固定，用XRD、FTIR、SEM、XPS、HRTEM等表征並結合相關理論，闡明電氣石微粒對納米TiO2的固定機理。相同條件下，製備純TiO2、天然鐵電氣石固定TiO2及不同溫度熱處理後的電氣石固定TiO2，運用半導體能帶理論及第一性原理計算並結合ESR、SPS、PL、DRS測試，對比研究：①有機污染物可見光催化降解效能及其與強氧化自由基產出的關係；②TiO2光生電荷分離與量子效率；③TiO2能帶結構；④TiO2光吸收邊變化，從而揭示電氣石表面極化電場調製TiO2實現可見光催化活性的微觀機制。通過本項目基礎研究，開發具有三重功效和我國資源特色的能夠實現TiO2可見光催化活性的天然載體新材料。

結題摘要

天然電氣石與TiO2複合，在基礎研究層面上，同時解決了TiO2的固定、可見光回響及電子-空穴複合的問題，為提高TiO2光催化反應活性、高效利用太陽能開闢了新的途徑，對光催化技術的發展具有重要的意義。本項目以內蒙古東部天然鐵電氣石為研究對象，在礦物組成、化學成分、顆粒形貌等研究基礎上，結合DTA-TG分析確定了電氣石失去自發極化電場的相變溫度點。採用溶膠-凝膠法和水熱法同步實現了納米TiO2在電氣石微粒表面的製備與固定，探索了納米TiO2製備與固定的影響因素，實現了對其晶粒尺寸與晶型的可控，結合XRD、SEM、EDS、HRTEM測試結果，探討了天然鐵電氣石微粒對納米TiO2的固定化機理。以典型的有機染料為目標污染物，評價了不同條件下TiO2/天然電氣石在自然光下的催化活性，分析了動力學過程，並運用回響曲面法最佳化了光催化工藝過程，確定了最優的光催化工藝參數。在相同實驗條件下，製備了純納米TiO2、天然鐵電氣石固定納米TiO2及不同溫度熱處理後的電氣石固定納米TiO2，結合DRS、PL、第一性原理計算等，對比研究了有機污染物光催化降解效能、光生電荷分離效率、TiO2半導體電子能帶結構及光吸收邊的變化，從而揭示天然鐵電氣石增強納米TiO2可見光催化活性的微觀機制。通過本項目的實施，開發了具有我國資源特色的納米TiO2天然載體新材料，發展了納米TiO2在電氣石微粒表面原位固定化技術，構建了TiO2/天然電氣石在自然光下降解水體中有機污染物的理論體系和套用基礎，形成了創新性成果。公開發表學術論文11篇，SCI收錄9篇；授權國家發明專利2件；參加國際學術會議交流2次；培養6名研究生取得碩士學位。