滑弧放電合成納米晶TiO2光催化劑及其電漿特性研究

《滑弧放電合成納米晶TiO2光催化劑及其電漿特性研究》是依託大連理工大學,由朱愛民擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：滑弧放電合成納米晶TiO2光催化劑及其電漿特性研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：朱愛民

項目摘要

滑弧放電作為一種新型的大氣壓電漿發生技術，其放電特徵是由起始的準熱階段快速轉變為非熱階段，具有高的電子密度和較低的氣體溫度。滑弧放電電漿（暖電漿），兼具熱電漿和冷電漿的優點，套用前景廣闊。本項目擬開展滑弧放電合成納米晶TiO2光催化劑及其電漿特性的研究，考察高壓電源、電極與反應器結構以及工藝條件對滑弧放電電漿合成TiO2光催化劑的影響規律；通過電學測量、時間分辨成像、時間分辨的發射光譜診斷以及穩定物種的線上分析，闡明滑弧放電電漿特性與合成TiO2光催化劑的反應機理；開創一種快速、高效合成納米晶TiO2光催化劑的滑弧放電電漿新技術；探索滑弧放電電漿一步合成N、C摻雜的TiOx可見光催化劑。

結題摘要

滑動弧放電作為一種新型的大氣壓電漿發生技術，其放電特徵是由起始的準熱階段快速轉變為非熱階段，具有高的電子密度和較低的氣體溫度。滑動弧放電電漿（暖電漿），兼具熱電漿和冷電漿的優點，套用前景廣闊。本項目採用空氣作為放電氣體和鈦酸四異丙酯（TTIP）作為Ti前驅物，由交流滑動弧電漿合成了納米晶TiO2光催化劑，考察了電漿能量密度對納米TiO2的晶相組成、晶化度、比表面積、粒徑、顆粒形貌及紫外光催化活性的影響。特別地，採用渦流滑動弧空氣電漿一步快速（毫秒級）製備出高度晶化的介孔納米晶TiO2。研究了不同頻率的交流高壓下電壓和電流波形特徵，建立了交流滑動弧放電的三個無量綱因子：熄滅時間因子 (ψ)、電流滯後因子(δ) 和熱滯後因子(χ)。另外，以氮氣代替空氣作為滑動弧電漿的放電氣體，通過調控氧氣與TTIP的摩爾比值(O2/TTIP)，一步製備出碳摻雜的TiO2可見光催化劑。當18 ≤ O2/TTIP 比值在18 – 36範圍內，所合成的碳摻雜TiO2樣品的銳鈦礦相含量約保持在70 wt%，比表面約為40 - 50 m2/g，帶隙能約為2.7 eV，其具有增強的可見光吸收與可見光催化降解甲基藍活性。當O2/TTIP = 27時，所合成的灰色樣品具有最大的Ti3+和氧空位含量，因而可見光活性最高。由此發展了一種簡便、快速、高效合成納米晶TiO2光催化劑的滑動弧放電電漿新技術。 為解決氧化鈦基光催化劑可見光活性問題，採用氧電漿活化創製了活性顯著高於常規熱活化的Au/TiO2可見光催化劑，並闡明了氧電漿活化的Au/TiO2可見光催化劑的特性。以光催化氧化脫除空氣中甲醛污染物為代表，創建了包含動力學特徵常數、光強和濕度影響因子在內的最全面的氣-固光催化反應表觀動力學方程。