基于配合物-金屬電子轉(zhuǎn)移的TiO2可見光催化應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，經(jīng)濟(jì)的急速發(fā)展帶來的能源和環(huán)境問題越來越受到人們的關(guān)注。解決當(dāng)前環(huán)境污染問題是提高人民生活質(zhì)量的首要任務(wù)。對(duì)環(huán)境污染修復(fù)方法的研究也逐漸成為科研工作者們的研究熱點(diǎn)，其中半導(dǎo)體光催化氧化技術(shù)因具有高效、節(jié)能、無毒、重復(fù)利用率高，以及對(duì)污染物徹底降解的等諸多優(yōu)點(diǎn)，而成為一種理想的環(huán)境污染治理技術(shù)。TiO2作為半導(dǎo)體納米材料中研究最深入的光催化劑之一，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于污染物質(zhì)的環(huán)境修復(fù)研究中。但是TiO2具有電荷復(fù)合效率高和對(duì)可見光的

2、響應(yīng)低兩大限制因素嚴(yán)重制約了它的實(shí)際應(yīng)用。所以本文從這兩大限制因素出發(fā)，利用配合物-金屬電子轉(zhuǎn)移(LMCT)作用拓展TiO2對(duì)可見光的響應(yīng)，通過TiO2-LMCT過程在可見光下合成了Ag-TiO2納米復(fù)合光催化材料;并通過TiO2-LMCT過程實(shí)現(xiàn)了在可見光下對(duì)甲基橙(MO)的厭氧降解。初步獲得了以下幾個(gè)結(jié)論:
　　1.TiO2在可見光下通過甲醇可以對(duì)Ag+還原并合成Ag-TiO2納米復(fù)合材料，通過UV-vis DRS分析表明Ti

3、O2和甲醇之間形成了表面電子轉(zhuǎn)移配位體，證明Ag-TiO2的合成屬于TiO2-LMCT過程。借助XRD和TEM-EDS表征發(fā)現(xiàn)Ag納米顆粒負(fù)載在TiO2的表面;通過UV-vis DRS和PL分析顯示Ag-TiO2在450～550nm處有表面等離子體共振效應(yīng)，并且Ag納米顆粒負(fù)載之后可以顯著的降低TiO2的熒光強(qiáng)度。
　　2.在紫外光下測(cè)試Ag-TiO2的光催化性能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Ag納米顆粒的負(fù)載對(duì)TiO2的光催化性能有很明顯的影響，并

4、且在5％負(fù)載量時(shí)達(dá)到最大的光催化效果;通過加入不同的自由基清除劑驗(yàn)證光催化反應(yīng)的機(jī)理，結(jié)果顯示Ag納米顆粒的負(fù)載可以明顯改變TiO2的光催化機(jī)理，主要表現(xiàn)在改變·OH在光催化反應(yīng)所起的作用;TiO2和Ag-TiO2兩種材料在N2條件下的光催化結(jié)果表明，Ag納米顆粒的負(fù)載可以顯著增強(qiáng)TiO2在N2條件下的光催化活性。
　　3.利用TiO2在可見光下基于LMCT厭氧降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)5種生物緩沖劑（HEPES、PIPES、TAPS

5、、TRIS和MOPS）都可以作為天線分子。不同的生物緩沖劑作為天線分子的效率有很大的差異，光催化效率主要和生物緩沖劑的pKa值有關(guān)，且生物緩沖劑的分子結(jié)構(gòu)也會(huì)有很大影響。通過UV-vis DRS確認(rèn)了TiO2和生物緩沖劑(HEPES)可以形成表面電子轉(zhuǎn)移配位體;在可見光的照射下，TiO2和HEPES組成的二元體系可以有效的對(duì)MO進(jìn)行厭氧降解;加大HEPES的濃度可以增加整個(gè)光催化反應(yīng)的速率;酸性條件下可以加速體系對(duì)MO的降解;加入不同的

6、清除劑的實(shí)驗(yàn)說明體系中e-是主要的活性物質(zhì)。
　　4.利用甲醇作為天線分子對(duì)MO降解的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，甲醇的濃度對(duì)整個(gè)光催化反應(yīng)基本上沒有影響;對(duì)HEPES體系和純甲醇體系中MO降解產(chǎn)物的GC-MS分析結(jié)果顯示，HEPES體系中MO主要被降解為N，N-二甲基對(duì)苯二胺，而甲醇體系中是N，N-二甲基對(duì)苯二胺和N，N-二甲基-4-亞甲基氨基苯胺，其中N，N-二甲基-4-亞甲基氨基苯胺是由N，N-二甲基對(duì)苯二胺和體系中甲甲醇反應(yīng)得到。說明MO的