【精品】二氧化钛纳米光催化性能的研究(PH、浓度、光催化剂用量)实验报告.doc

PAGE PAGE 2 学号：1003021017 合肥学院化学与材料工程系 《专题研究训练》选课 实 验 报 告 项 目 名 称 《二氧化钛纳米光催化性能的研究》 实 验 者 汪胜 所 属 专 业 化学工程与工艺 指 导 教 师 朱德春 提 交 日 期 2012年6 专题研究训练实验课程组 一、《专题研究训练》实 验 报 告 姓 名 汪胜 学 号 1003021017 班级 化工1班 实验类别 综合型实验√ 研究型实验 □ 实验名称 二氧化钛纳米光催化性能的研究 报 告 者 承 诺 我保证填报内容真实、准确。 实验者（签名）： 电 话邮 箱：1360157009@ 2012 指 导 教 师 评 语 我已对《实验报告》认真审阅，表中各项内容属实。 对该学生的实验研究工作、实验时间、实验结果等给予客观公正评价如下： 并给予相应成绩（百分制）： 指导教师（签章）： 年 月 日 二、实 验 报 告 正 文 《二氧化钛纳米光催化性能的研究》 实验目的： 让化学本科生尽早了解和掌握光催化原理，熟悉光催化剂的制备和光催化反应，在大量研究工作的基础上，设计涉及纳米光催化剂的制备、催化剂的简单表征和催化活性评价的综合性实验。让学生能够对光催化具有较好的了解。 实验原理： 光催化以半导体如TiO2,ZnO,CdS,WO3,SnO2,ZnS,SrTiO3等作催化剂，其中TiO2具有价廉无毒、化学及物理稳定性好、耐光腐蚀、催化活性好等优点。TiO2是目前广泛研究、效果较好的光催化剂之一。 半导体之所以能作为催化剂，是由其自身的光电特性所决定的。半导体粒子含有能带结构，通常情况下是由一个充满电子的低能价带和一个空的高能导带构成，它们之前由禁带分开。研究证明，当pH=1时锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV，半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度Eg的关系为 ?（nm）=1240/Eg(eV) 当用能量等于或大于禁带宽度的光（λ388nm的近紫外光）照射半导体光催化剂时，半导体价带上的电子吸收光能被激发到导带上，因而在导带上产生带负电的高活性光生电子（e-），在价带上产生带正电的光生空穴（h+）,形成光生电子-空穴对。空穴具有强氧化性；电子则具有强还原性。 当光生电子和空穴到达表面时，可发生两类反应。第一类是简单的复合，如果光生电子与空穴没有被利用，则会重新复合，使光能以热能的形式散发掉。 第二类是发生一系列光催化氧化还原反应，还原和氧化吸附在光催化剂表面上物质。 TiO2→e-+h+ OH-+h+→·OH H2O+h+→·OH+H+ A+h+→·A 另一方面，光生电子可以和溶液中溶解的氧分子反应生成超氧自由基，它与H+离子结合形成.OOH自由基： O2+e-+H+→·O2-+H+→·OOH 2HOO·→O2+H2O2 H2O2+·O2→OH+OH-+O2 ·O2-+2H+→H2O2 此外·OH,·OOH和H2O2之间可以相互转化 H2O2+·OH→·OOH+H2O2 利用高度活性的羟基自由基.OH无选择性地将氧化包括生物难以降解的各种有机物并使之完全无机化。有机物在光催化体系中的反应属于自由基反应。 本次试验采用溶胶-凝胶法。 仪器与试剂： 药品名称 化学式 纯度 生产厂家 浓硝酸 HNO3 AR 上海化学试剂有限公司 无水乙醇 CH2CH2OH AR 上海中试化工总公司 钛酸丁酯（TBT） [CH3(CH2)3O]4Ti AR 天津市光复精细化工研究所 冰醋酸 CH3COOH AR 上海振企化学试剂有限公司 亚甲基蓝 仪器设备名称 型号 生产厂家 主要用途 磁力加热搅拌器 85-2 江苏金坛市精达仪器制造厂 搅拌反应液 电子天平 ER-180A 广州市艾安得仪器有限公司 准确称量 超声波清洗器 KQ-400KDE 昆山市超声仪器有限公司 超声分散 高速离心机 TG16G 盐城凯特实验仪器有限公司 高速离心 电热恒温鼓风干燥箱 DHG