可見光響應(yīng)TiO2基復(fù)合納米管陣列的制備及其在降解水中有機(jī)污染物的性能研究.pdf

1、二十一世紀(jì)全球環(huán)境污染和能源危機(jī)成為人類必須要面對的兩大現(xiàn)實問題。光催化作為一種綠色化學(xué)技術(shù)，用該方法去除環(huán)境中難降解的持久性有機(jī)污染物的研究已經(jīng)成為人們研究的熱點。TiO2作為最具代表性，同時也是最具應(yīng)用前景的典型光催化劑，尤其是具有一維有序結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列更由于其具有獨(dú)特的有序陣列結(jié)構(gòu)、高的比表面積以及更好的電荷傳遞性能而引起了人們的廣泛關(guān)注。然而由于其禁帶寬度是3.2eV，意味著它只能被波長小于387 nm的紫外光激發(fā)，對

2、占太陽光譜大部分的可見光利用率較低。此外，TiO2在光照下產(chǎn)生的光生電荷與空穴容易在晶體內(nèi)部發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致其量子效率偏低。這兩個問題限制了TiO2在實際中的應(yīng)用。針對以上問題，本文以TiO2納米管陣列為基礎(chǔ)，分別采用導(dǎo)電聚合物PANI、貴金屬Ag納米顆粒、Ag/Ag3PO4納米顆粒對其進(jìn)行改性，并對復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)以及光電化學(xué)特性進(jìn)行系統(tǒng)的表征和討論。
　　本論文圍繞以上內(nèi)容，主要研究內(nèi)容與研究結(jié)果體現(xiàn)在以下幾個方面:

3、　　(1)采用陽極氧化法結(jié)合電化學(xué)循環(huán)伏安法制備出負(fù)載PANI的TiO2納米管陣列電極。經(jīng)過PANI負(fù)載的TiO2納米管陣列電極對光的吸收范圍發(fā)生了明顯的紅移。經(jīng)過PANI的負(fù)載，復(fù)合電極在可見光照下的光生電子與空穴的分離效率有了明顯的提高。該負(fù)載PANI的TiO2納米管電極在可見光下對羅丹明B的光電催化降解效率要比原TiO2納米管陣列電極提高5倍以上。高效的可見光催化活性主要?dú)w因于PANI的可見光敏感性，以及與TiO2的能帶相匹配。<

4、br>　　(2)采用陽極氧化法結(jié)合超聲輔助的紫外光還原法制備了負(fù)載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列電極。負(fù)載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列在可見光下具有明顯的光電流響應(yīng)，且電荷的傳遞速率比未負(fù)載的TiO2納米管陣列有明顯的提高。在模擬太陽光照下，負(fù)載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列電極對2，4，6-三氯苯酚的光電催化降解效率要比純的TiO2納米管陣列電極的降解效率有顯著提高。采用化學(xué)熒光技術(shù)結(jié)合電子順磁共振技術(shù)檢測光催化反應(yīng)過程中產(chǎn)生

5、的活性氧物種是·OH。通過檢測溶液中Cl-濃度的變化分析2，4，6-三氯苯酚的脫氯情況。同時采用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合DFT理論計算的方法分析2，4，6-三氯苯酚降解過程中生成的中間產(chǎn)物，確定2，4，6-三氯苯酚在負(fù)載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列電極上的降解路徑。
　　(3)采用化學(xué)沉淀法結(jié)合原位溶劑還原法制備了可見光催化劑Ag/Ag3PO4納米顆粒。該催化劑在可見光下對染料廢水具有較高的降解效率。同時對氯酚類的廢水同樣具有較強(qiáng)的氧

6、化能力。通過對光催化降解過程中的活性氧物種進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)Ag/Ag3PO4納米顆粒在可見光照下降解污染物主要是通過空穴的直接氧化。結(jié)合DFT理論計算的方法，確定Ag3PO4催化劑作為一種窄帶的間接半導(dǎo)體，其禁帶寬度在2.57 eV左右?？梢姽庹障?，電子從O的2p軌道躍遷到Ag的5s軌道。由于O的2p軌道與P的3s軌道發(fā)生了雜化作用，這種雜化作用導(dǎo)致電子更容易從價帶躍遷到導(dǎo)帶上。
　　(4)采用陽極氧化法結(jié)合化學(xué)浸漬法制備了負(fù)載Ag

7、/Ag3PO4納米顆粒的TiO2納米管陣列電極。負(fù)載Ag/Ag3PO4納米顆粒的TiO2納米管陣列電極仍保留其高度有序的陣列結(jié)構(gòu)，且管口并沒有發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。Ag/Ag3PO4納米顆粒的負(fù)載使TiO2納米管陣列電極對光的吸收波長向可見光區(qū)域移動?？梢姽庹障碌墓怆娏黜憫?yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未負(fù)載的TiO2納米管陣列電極?？梢姽庹障聦?-氯苯酚的降解效率能夠達(dá)到95％以上，而未經(jīng)負(fù)載的TiO2納米管陣列電極在相同條件下對2-氯苯酚的降解效率僅能達(dá)到20