Высокодисперсные бикомпонентные фотокатализаторы на основе диоксида титана

• Автор: Федотова, Марина Петровна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Особенности фотохимических реакций

1.2 Требования, предъявляемые к фотокатализаторам.

1.3 Общая характеристика диоксида титана.

1.3.1 Общие свойства оксида титана

1.3.2 Принцип действия ТЮг как фотокатализатора.

1.4 Фото каталитическая активность ТСЬ и пути ее повышения

1.4.1 Факторы, влияющие на фотокаталитическую активность

1.5 Модифицирование оксида титана различными соединениями

1.5.1 Структура и свойства носителей

1.5.1 Методы получения нанесенного диоксида титана
1.5.2 Сенсибилизация диоксида титана. Изменение оптических свойств
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1 Синтез каталитических систем на основе ТО
2.1.1 Синтез электровзрывного порошка диоксида титана.
2.1.2 Синтез ТЮгБЮг каталитических систем методом гетерогенного нанесения
2.1.3 Получение бикомпонентных 8Ю2ТЮг систем зольгель методом.
2.1.4 Синтез ТО2 каталитических систем с добавкой Юз.
2.1.5 Приготовление нанесенных ТСЬЗЮг систем, допировлнных золотом
2.1.6 Синтез бикомпонентных Р2О5 ТЮ2 систем
2.2 Методы исследования катализаторов
2.2.1 Рентгенофазовый анализ
2.2.2 Просвечивающая электронная микроскопия
2.2.3 Метод ИКспектроскопии
2.2.4 Метод УФспектроскоини
2.2.5 Метод определения удельной поверхности и пористости синтезированных каталитических систем.
2.2.6 Исследование каталитической активности
Глава 3. Фотокаталитические свойства электровзрывного нанопорошка ТЮ2.
3.1 Физикохимичсскис свойства электровзрывного порошка ТО2.

3.2 Исследоиание фотокаталитической активности электровзрывного порошка ТОг в
реакциях фоторазложения органических соединений.
Глава 4. Фотокаталитические свойства нанесенных ТОгЗОг систем .
4.1 Оценка удельной поверхности и пористости систем.
4.2 Исследование фазового состава нанесенных ТЮгЗЮг систем.
4.3 Исследование структуры синтезированных катализаторов методом ПЭМ
4.5 Исследование оптических свойств нанесенных ТО2 вЮг систем.
4.6 Исследование каталитической активности нанесенных ТЮгЭЮг систем
Глава 5. Исследование структуры, физикохимических свойств и фотокаталнтнческой активности бикомпонентных систем.
5.1 Оценка удельной поверхности и пористой структуры
5.2 Исследование фазового состава бикомпонентных систем.
5.3 Исследование внутренней структуры би компонентных катализаторов методом ПЭМ .
5.4 Анализ химического состава образцов методом ИКспек гроскопии.
5.5 Определение характеристик поглощения бикомпонентных титаноксидных катализаторов
5.6 Исследование каталитической активности
5.7 Влияние дисперсности ТО2 на фотокаталитическую активност систем на основе диоксида титана в реакции фоторазложения МС
Глава 6. Влияние нромотирующих добавок на физикохимические и фотокаталитические свойства титаноксидных катализаторов.
6.1 Промотирование золотом нанесенных титаноксидных катализаторов.
6.1.1 Оценка удельной поверхности и пористости систем.
6.1.2 Исследование фазового состава АиТЮЗЮг систем.
6.1.3 Изучение внутренней структуры систем АиТОгБОг методом ПЭМ.
6.1.4 Определение области поглощения нанесенных катализаторов, промотированных золотом.
6.1.5 Исследование каталитической активности
6.2 Промотирование бикомпонентных БОгТОг катализаторов соединениями азота
6.2.1 Оценка удельной поверхности и пористости систем.
6.2.2 Исследование фазового состава бикомпонентных БЮ ТЮ2 систем.
6.2.3 Исследование структуры БЮгТЮг катализаторов, промотированных мочевиной
6.2.4 Анализ химического состава образцов методом ИКспектроскопии
6.2.5 Определение характеристик поглощения систем, промотированных мочевиной
6.2.6 Исследование каталитической активности БЮгТЮг систем, промотированных
мочевиной.
6.3 1 ромотирование диоксида титана соединениями вольфрама.
6.3.1 Исследование удельной поверхности ТОг систем, промотиорванных УОз.
6.3.2 Исследование фазового состава систем, промотированных УОз
6.3.3 Исследование характеристик поглощения катализаторов, промотированных добавкой Юз
6.3.4 Исследования фотокаталитической активности систем УСЬТЮ2 в реакции
разложения МС.
Список литературы.
Введение


Взаимодействие между оптическим излучением и веществом приводит к превращению энергии излучения в энергию, отличающуюся по спектральному распределению, или в другую форму энергии. При поглощении света молекулы, ионы, атомы, радикалы и другие типы частиц, участвующих в химических превращениях, могут переходить в электронновозбужденные состояния. В них происходит изменение физических и химических свойств молекул по сравнению с основным состоянием. Меняются дипольный момент, геометрия, распределение электронной плотности, кислотноосновные свойства и т. Закономерности поглощения оптического излучения веществом определяются законом Буге Ламберта, установившим независимость поглощательной способности среды от энергии потока излучения, и законом Бэра, связавшим поглощательную способность среды с концентрацией поглощающих молекул в ней. Объединенный закон БугеЛамбсртаБера имеет вид
где 1о и I начальная интенсивность светового потока и i интенсивность после прохождения слоя вещества толщиной 1 см, с концентрация поглощающего свет вещества, мольл, мольный коэффициент поглощения. Отношение величин 1 называют пропусканием Т, а выражение II оптической плотностью , . Количественной оценкой эффективности использования световой энергии в фотохимических реакциях является квантовый выход. Для жидких растворов ДЫ измеряется, как правило, в молях, а интенсивность в Эйнштейнах. Величина квантового выхода в общем случае зависит от времени, в течение которого производится измерение. В связи с этим более строгим является определение квантового выхода продукта фотохимической реакции как отношение скорости его образования к скорости поглощения света 1я в единицу времени
Помимо квантового выхода существует понятие химического выхода фотохимических реакций. Химическим выходом называется отношение количества образовавшегося продукта к количеству прореагировавшего исходного соединения. Следовательно, химический выход тем выше, чем выше селективность фотохимической реакции. Закон ГротгусаДрепера Химические изменения в системе может вызывать только поглощаемый ею свет. Этот закон определяет необходимое, но не достаточное условие для протекания фотохимической реакции. Закон ВантГоффа Количество превратившегося в фотохимической реакции вещества пропорционально количеству поглощенной энергии света. Закон ШтаркаЭйнштсйна закон фотохимической эквивалентности Каждый поглощенный квант света в первичном акте вызывает активацию только одной молекулы . Фотокатализатор должен иметь полупроводниковую природу для осуществления фотоиндуцированных процессов. Электронная структура полупроводниковых систем обеспечивает возникновение носителей зарядов при фотовозбуждении. В обычном состоянии полупроводники характеризуются заполненной валентной зоной и отсутствием электронов в зоне проводимости. Элементарный механизм фотокаталитического превращения включает ряд последовательных стадий. Простейшая схема фотокаталитического действия полупроводника приведена на рисунке 1. В наибольшей степени основным требованиям удовлетворяет оксид титана IV, вследствие чего он является перспективным катализатором для реализации фотохимических превращений. Рисунок 1. Схема фотоиндуцированных процессов, происходящих на частице полупроводника а возникновение пары электрондырка, Ь окисление донора Б, свосстановление акцептора, 6, е рекомбинация элекгрона и дырки на поверхности и в объеме соответственно. Как известно диоксид титана принадлежит к семейству оксидов переходных металлов. Он уже довольно широко использовался в х годах прошлого столетия в роли заменителя токсичного свинцового оксида как пигмента белой краски. В настоящее время производство диоксида титана является крупнотоннажным, и спектр его применения значительно расширился. Есть данные о том, что он используется как антипокрытия в кремниевых фотоэлементах и ряде тонкопленочных оптических устройств. Изза своей совместимости с человеческим организмом может использоваться как биоматериал, как костная ткань. Диоксид титана является полупроводником птипа, обладает электронной проводимостью.