摘要
TiO2纳米管作为纳米TiO2的一种存在形式，由于其特殊的管状结构、较大的比表面积和较高的吸附能力，是目前研究的热点之一。但是TiO2纳米管作为光催化剂由于其高的带隙能只能吸收紫外光，并且受光激发产生的光生电子-空穴对容易复合。而作为热催化剂，水热法制各的TiO2纳米管的热稳定性较差。如何降低TiO2的带隙能、抑制光生电子-空穴对的复合，以及提高TiO2的热稳定性来提高TiO2的催化性能，一直是科研工作者关注的研究课题。针对以上问题，本论文采用贵金属和金属氧化物对YiO2纳米管进行了修饰，来提高TiO2纳米管在光催化条件下光降解有机物，光还原CO2和光催化氧化乙醇生成乙醛的活性。利用TiO2纳米管作为载体负载非晶态硼-钴合金催化剂对环己烯的氢甲酰化反应进行了研究。具有较大比表面积的g-C3N4因其热稳定和化学稳定性强可以用做催化剂载体，本文研究了g-C3N4负载Cu2O的CO催化氧化活性及对甲基橙脱色的性能。本论文的具体研究内容主要包括以下方面: 采用醋酸钯为前驱体，以高热稳定的纳米管为载体，通过光照还原制备了Pd修饰的TiO2纳米管。采用ICP，XRD，TEM，UV-vis，BET，XPS，PL和PEC等手段对催化剂进行表征。TEM表明光照还原负载Pd后稳定纳米管管型保持完好。XPS表明Pd主要以零价形式存在于催化剂中。PL和PEC表征表明Pd有利于TiO2光生电子-空穴对的分离。研究了不同Pd含量和不同载体在紫外和模拟日光条件下对催化剂降解甲基橙性能的影响。实验结果表明，Pd的最佳负载量为0.3 wt.％。相同Pd负载量条件下，稳定纳米管由于具有较高的比表面积催化活性明显高于非稳定纳米管。通过在光照过程中加入不同捕获剂对光降解甲基橙过程中主要的氧化组分进行了研究，结果表明h+对甲基橙的降解起主要作用。 采用沉积-沉淀法制备了Ag2O修饰的TiO2纳米管光催化剂。并通过UV-vis，XRD，SEM，TEM和XPS等表征手段对催化剂进行了分析。以甲基橙溶液目标降解物，研究了催化剂在紫外光及模拟日光条件下的光催化性能。讨论了Ag2O负载量对催化活性的影响。结果表明Ag2O含量为10.7 wt.％时，催化剂在紫外光下催化活性最佳。因为Ag2O作为电子吸收剂能够捕捉TNTs受光激发产生的光生电子，从而抑制TNTs的光生电子-空穴的复合。同时，光生电子传输到Ag2O上，将Ag2O还原成Ag。因此，Ag2O/TNTs催化剂在紫外光下的稳定性较差。对催化剂在紫外光条件下选择性氧化乙醇的性能进行了研究，详细研究了反应时间和Ag2O负载量对乙醛生成量的影响。反应时间选为10h，当Ag2O含量为10.7 wt.％时，乙醛的生成量是最高的，能达到63.9 mmol。采用TiO2纳米管催化剂对光催化降解CO2进行了研究。实验过程中发现，在反应过程有气体(Ar, CO2)保护的条件下，反应体系中加入葡萄糖等物质，催化剂TiO2纳米管表面有还原性很强的Ti3+生成。 采用半封闭热解尿素法制备了g-C3N4，通过XRD和FT-IR对其进行了表征，研究了不同煅烧温度对其催化活性的影响。结果表明，540℃下制备的g-C3N4的降解性能最好。采用两种方法制备了g-C3N4/TNTs催化剂，并对其光降解甲基橙溶液的性能进行了研究。采用液相沉积法制备了Cu2O/g-C3N4催化剂，通过XRD，SEM，TEM，BET对其进行了表征。通过XRD和TEM分析表明(111)晶面在Cu2O与Cu2O/g-C3N4中占主导地位。对所制催化剂对甲基橙的脱色能力，光降解苯酚和CO催化氧化性能进行了研究。结果当Cu2O/g-C3N4为4∶10时，样品的催化活性最好。 以醋酸钴和硼氢化钾分别作为钴源和硼源，以TiO2纳米管(TNTs)为载体，通过浸渍-化学还原方法合成了TiO2纳米管负载非晶态Co-B合金(Co-B/TNTs)催化剂。采用ICP，XRD，TEM，BET，XPS，TPD，DSC和磁性等手段对样品进行了表征，并对Co-B/TNTs催化环己烯氢甲酰化反应进行了研究。实验结果表明，Co-B/TNTs催化环己烯氢甲酰化的最佳反应条件为:四氢呋喃为溶剂，Co的含量为7.53 wt％，反应时间为3h，反应初始压力为6.0 MPa，CO/H2=2∶1。通过重复利用实验表明Co-B/TNTs催化剂具有很好的稳定性。
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