TiO2納米管陣列的表面改性及其光電催化降解亞甲基藍的研究.pdf

1、高比表面積和特殊結(jié)構(gòu)所衍生的突出物理化學(xué)特性使TiO2納米管薄膜在光催化、氣敏、光解水和光伏等應(yīng)用領(lǐng)域具備極大的應(yīng)用潛力,因此制備性能優(yōu)異的TiO2納米管薄膜并發(fā)掘其應(yīng)用潛力正成為一個研究熱點。本文采用原位陽極氧化法在Ti基底上制備了高度有序的TiO2納米管陣列,并采用反相微乳液電沉積法在TiO2納米管陣列上沉積金屬得到了Au／TiO2、Pd／TiO2、Cu／TiO2和Sn／TiO2復(fù)合納米管。研究了TiO2納米管的微觀結(jié)構(gòu)及其光電化學(xué)

2、性能,評價了TiO2納米管在光電協(xié)同作用下的催化性能。SEM圖像表明,TiO2納米管頂部開口,定向排列整齊,分布均勻,其管徑范圍在70～100 nm。XRD結(jié)果證明,陽極氧化法制備的TiO2納米管為無定形,經(jīng)退火后TiO2納米管為具有良好光催化活性的銳鈦礦型。研究了原位陽極氧化法制備TiO2納米管陣列分別在O2、空氣、Ar和H2氣氛熱處理氣氛中的光電催化性能。結(jié)果表明,分別在O2、空氣、Ar和H2中熱處理后得到的銳鈦礦晶型的納米管陣列對

3、MB的降解反應(yīng)滿足一級反應(yīng),其速率常數(shù)分別為4.967,3.127,1.989和1.625h-1(0.5V)。電化學(xué)阻抗分析表明,TiO2納米管光電催化性能受控于光生電荷的傳遞特性。在O2中熱處理后,TiO2納米管的光吸收及激發(fā)性能得到改善,且電荷傳遞阻抗降低,因而其光電催化性能最好。
　　 本研究采用反相微乳液電沉積法成功地將金屬Au、Pd、Cu和Sn以納米級原子簇的形式沉積到。TiO2納米管陣列薄膜上。復(fù)合薄膜漫反射能譜測試

4、結(jié)果顯示,沉積金屬Au、Pd和Cu的TiO2納米管陣列薄膜與空白的TiO2納米管陣列薄膜相比,它們的起始吸收邊發(fā)生了明顯的紅移,金屬Pd的加入更是將激發(fā)波長拓展到可見光的范圍,大大提高太陽光的利用率。研究了外加偏壓、電解質(zhì)、溶液初始pH值、光照強度和納米管光電極表面積等因素對TiO2納米管陣列薄膜降解亞甲基藍的光電催化性能的影響。實驗結(jié)果表明,光電協(xié)同催化作用和納米管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的吸附作用極大促進了TiO2納米管陣列對有機物的降解效率。以N