氧化物修飾氧化鈦納米管狀結(jié)構(gòu)的制備及光催化性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)，TiO2光催化技術(shù)受到了世界各國(guó)環(huán)境領(lǐng)域研究者地強(qiáng)烈關(guān)注，TiO2材料光催化劑非常有希望能夠在光解水制氫以解決能源問題及光催化分解有機(jī)物以進(jìn)行環(huán)境污染治理等方面發(fā)揮重要作用。在各種形貌結(jié)構(gòu)的納米TiO2材料中，TiO2納米管陣列擁有更大的比表面積、孔體積和更高的表面活性能，同時(shí)它還擁有更強(qiáng)大的吸附能力，在反應(yīng)中展示出了更高效的光催化活性和光電轉(zhuǎn)化效率，因而在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域具有更優(yōu)良的性能。
　　然而在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，TiO2

2、納米管光催化劑仍然面臨一些不可回避的問題，（1）TiO2的禁帶寬度大(銳鈦礦相結(jié)構(gòu)和板鈦礦相結(jié)構(gòu)的帶隙能是3.2eV，金紅石相結(jié)構(gòu)的帶隙能是3.0eV)，所以它僅僅能夠吸收和利用太陽(yáng)光譜中波長(zhǎng)小于387.5nm的紫外光部分，對(duì)太陽(yáng)光能的利用率很低；（2）單純TiO2納米結(jié)構(gòu)材料在光照下被激發(fā)產(chǎn)生的載流子復(fù)合率很高，因此其量子效率也比較低。為解決這些問題，使用非金屬元素/金屬元素的摻雜、表面改性、光敏化以及與其它材料結(jié)合形成復(fù)合材料等技術(shù)

3、手段能夠較為有效的拓展TiO2納米管陣列的吸收光譜和提高量子效率，但是以上方法，大部分都工藝較為復(fù)雜并且制備成本昂貴。使用氧化物半導(dǎo)體與TiO2納米管陣列復(fù)合一種提高其光催化效果的有效方法，多種半導(dǎo)體之間的能級(jí)交錯(cuò)偶合，會(huì)使得光生電子和空穴得到很好的分離，并且拓展吸收光譜，從而提高了光量子效率和催化活性。
　　在本文的研究中，采用恒壓電化學(xué)陽(yáng)極氧化法在不同溶液條件下分別制備出TiO2納米結(jié)構(gòu)，然后使用溶劑熱法、浸涂法、電沉積法，用

4、Cu2O、ZnO對(duì)TiO2納米管陣列進(jìn)行復(fù)合，并詳細(xì)對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)等特征進(jìn)行表征分析。將制備得到的光催化劑進(jìn)行不同條件下光催化降解實(shí)驗(yàn)，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論。
　?。?）利用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法分別在三種不同的溶液中制備TiO2納米結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在HF的水溶液中，鈦片表面生成的是多孔的交聯(lián)狀納米結(jié)構(gòu)；在NH4F的乙二醇溶液中，鈦片表面生成了規(guī)則的陣列狀TiO2納米管，而且管的長(zhǎng)度可以達(dá)到幾十微米，但是使用這種方法制備的TiO2納米管陣列容易

5、從鈦基底脫落，不利于進(jìn)行氧化物的復(fù)合和光催化實(shí)驗(yàn)；在HF的DMSO溶液中，通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)的時(shí)間可以很好地制備出TiO2納米管陣列，而且管與管之間相互分立，不易于從鈦基底上脫落。對(duì)制備得到的TiO2納米管陣列進(jìn)行退火實(shí)驗(yàn)，研究不同溫度退火后樣品的光催化性能，結(jié)果顯示550℃退火得到的銳鈦礦相TiO2納米管陣列具有很好地光催化效果。
　　（2）使用溶劑熱法通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物原料、溫度和反應(yīng)時(shí)間條件制備Cu2O納米球，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用硝酸銅的乙二醇

6、溶液可以制備得到純凈的Cu2O納米球，控制反應(yīng)時(shí)間在4小時(shí)至10小時(shí)之間可以控制Cu2O納米球的大小。將生長(zhǎng)有TiO2納米管陣列的鈦片豎直放入到制備純凈Cu2O納米球的溶劑熱環(huán)境中，可以方便的在TiO2納米管上生長(zhǎng)Cu2O納米顆粒，而且隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，Cu2O納米顆粒呈現(xiàn)增多趨勢(shì)。對(duì)純凈的Cu2O納米球在可見光條件下進(jìn)行光催化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其對(duì)甲基橙具有良好的降解性能；對(duì)Cu2O/TiO2納米復(fù)合結(jié)構(gòu)分別在紫外光和可見光條件下進(jìn)行光

7、催化降解實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示Cu2O/TiO2納米復(fù)合結(jié)構(gòu)樣品在紫外光下有明顯的催化性能提升，在可見光條件下的催化實(shí)驗(yàn)也表面修飾后的樣品極大的提高了TiO2納米管陣列的光催化性能。
　　（3）分別使用水熱法、浸涂法和電沉積法在TiO2納米管陣列中生長(zhǎng)ZnO，使用水熱法所制備得到的樣品表面有大量體積較大的顆粒狀ZnO，因其不能與TiO2很好結(jié)合并且阻擋了水中有機(jī)物與TiO2納米管的充分接觸，導(dǎo)致所制備樣品的光催化效果出現(xiàn)下降；使用浸涂法制