氧化鈦基復(fù)合光催化材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來(lái)，半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其在清潔環(huán)境、光解水制氫及綠色有機(jī)合成等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用而備受關(guān)注。而二氧化鈦(TiO2)因?yàn)樗膬r(jià)廉、易得、無(wú)毒無(wú)害、高的化學(xué)穩(wěn)定性、強(qiáng)的抗光腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，成為了到目前為止研究最為廣泛也最深入的一種半導(dǎo)體光催化劑。然而，TiO2在環(huán)境保護(hù)過(guò)程中由于自身存在兩方面的缺陷而受到了限制:一方面，TiO2屬于寬禁帶的半導(dǎo)體，它對(duì)太陽(yáng)能的利用率很低，僅僅只能吸收波長(zhǎng)比較短的一部分紫外光(＜387nm);另一方面，在光催化

2、反應(yīng)過(guò)程中TiO2的光生載流子的復(fù)合率較高，導(dǎo)致光量子的效率較低。為解決上述問(wèn)題，研究者們采取了很多不同的方法，如金屬或非金屬離子摻雜，貴金屬修飾，與獨(dú)特結(jié)構(gòu)的碳基納米材料的復(fù)合，如碳納米管，氧化石墨以及石墨烯，與其他半導(dǎo)體的耦合，包括Bi2WO6，WO3和CdS等等，以提高其在可見光區(qū)的應(yīng)用和光催化反應(yīng)中的量子效率。
　　因此，本論文以TiO2為基體，通過(guò)選擇不同的復(fù)合相，構(gòu)建不同結(jié)構(gòu)形貌的氧化鈦基復(fù)合光催化材料，采用XRD、S

3、EM、TEM、UV-vis、IR和XPS等分析手段對(duì)樣品進(jìn)行了檢測(cè)表征，并測(cè)試了不同的復(fù)合光催化劑對(duì)模擬有機(jī)污染物的光催化降解性能，探討了不同的復(fù)合相在提高TiO2的光催化性能上起到的作用。取得的主要研究成果如下:
　　(1)以鈦酸丁酯為鈦源，采用簡(jiǎn)單的可控水解法制備了二氧化鈦/石墨烯/二氧化鈦三層核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合光催化劑，并研究了最外層不同TiO2的負(fù)載量對(duì)于光催化性能產(chǎn)生的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):TiO2核材料的粒徑約為800nm，負(fù)載在

4、最外層的TiO2顆粒尺寸約為30～50nm，所制備的三層核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出了對(duì)甲基橙模擬污染物優(yōu)異的光催化降解性能。
　　(2)以SiO2為模板劑，采用控制鈦酸丁酯的水解以及表面反應(yīng)法成功制備出了石墨烯包裹二氧化鈦空心球納米復(fù)合材料。TiO2空心球的直徑約為350～400nm，厚度約15nm，最外層的石墨烯的厚度約為5nm。光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，還原的氧化石墨烯包裹在TiO2表面后，很大程度提高了樣品的光催化性能。
　

5、　(3)以P25為鈦源，通過(guò)兩步水熱法成功制備出了MoS2/TiO2復(fù)合光催化材料，其中TiO2納米帶的寬度在50～150nm之間，長(zhǎng)度約為幾個(gè)微米。當(dāng)適量的MoS2納米顆粒負(fù)載在TiO2納米帶表面時(shí)，一方面增大了光催化劑的比表面積，使得在暗反應(yīng)過(guò)程中對(duì)模擬污染物的吸附得到增強(qiáng);另一方面，MoS2納米顆粒負(fù)載在TiO2納米帶表面與之形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，有效促進(jìn)了光生電子和空穴對(duì)的分離，從而提高了樣品的光催化性能。
　　(4)以P25為鈦