二氧化鈦基復(fù)合材料的合成及其可見(jiàn)光催化性能研究.pdf

1、目前，環(huán)境污染和能源危機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)最受關(guān)注也是最難以解決的問(wèn)題。然而半導(dǎo)體光催化技術(shù)因其操作簡(jiǎn)便、能耗低且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)已成為一種理想的處理方法。因此目前許多專家學(xué)者致力于研究更合適、更新穎、更高效的理想催化劑。二氧化鈦由于其比表面積高、低毒性以及較高的化學(xué)穩(wěn)定性，已經(jīng)成為新世紀(jì)人們研究的熱點(diǎn)，在能源和環(huán)境領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，例如染料敏化太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器、鋰離子電池和光催化等。但二氧化鈦帶隙較寬(3.0～3.2eV)，只

2、能被能量較高的紫外光激發(fā)，對(duì)太陽(yáng)光的利用率不高。而在太陽(yáng)光譜中，可見(jiàn)光約占44％，因此，對(duì)二氧化鈦進(jìn)行摻雜改性進(jìn)而制備高活性的、具有可見(jiàn)光響應(yīng)的二氧化鈦復(fù)合納米半導(dǎo)體光催化劑更具有實(shí)際意義。本實(shí)驗(yàn)采用靜電紡絲和水熱法相結(jié)合的方法成功制備二氧化鈦基復(fù)合材料，并在可見(jiàn)光下降解有機(jī)染料污染物，研究其可見(jiàn)光催化性能。實(shí)驗(yàn)表明制備的催化劑在可見(jiàn)光下具有良好的光催化性能和較高的循環(huán)穩(wěn)定性。研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)成功合成CdS/TiO2復(fù)合

3、材料用于可見(jiàn)光下降解有機(jī)染料。通過(guò)靜電紡絲方法制備一維二氧化鈦多孔納米纖維，直徑50～100nm，長(zhǎng)達(dá)幾微米，隨后通過(guò)水熱法將CdS納米粒子成功生長(zhǎng)在TiO2納米纖維表面形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)。降解有機(jī)染料結(jié)果顯示提高的可見(jiàn)光催化能力和良好的循環(huán)能力。復(fù)合的CdS半導(dǎo)體材料能提高可見(jiàn)光降解效率，但是材料對(duì)染料較高的吸附能力也有助于材料的光催化降解能力。正因?yàn)閾碛性鰪?qiáng)的可見(jiàn)光催化效率使得該復(fù)合材料在凈水方面有潛在的應(yīng)用前景。
　　(2)成功合

4、成TiO2/PCNFs復(fù)合材料用于降解有機(jī)染料，利用靜電紡絲技術(shù)合成具有多孔結(jié)構(gòu)且有超大比表面積的碳纖維，通過(guò)水熱方法成功將二氧化鈦納米棒生長(zhǎng)在多孔碳纖維的表面獲得TiO2/PCNFs異質(zhì)纖維。通過(guò)調(diào)節(jié)鈦源的量，二氧化鈦納米棒的量很容易被控制，接下來(lái)又仔細(xì)研究了該材料對(duì)剛果紅、亞甲基藍(lán)、甲基橙、曙紅的光催化降解性能。所有TiO2/PCNFs顯示提高的可見(jiàn)光催化效率和良好的循環(huán)性能，這些源于其較大的比表面積、增強(qiáng)的可見(jiàn)光吸收和高效的光生電

5、子-空穴分離效率。樣品TiO2/PCNFs-4對(duì)亞甲基藍(lán)溶液有良好的脫色能力(120mg/L,70min)，這源于其對(duì)染料較高的吸附能力歸因于其較強(qiáng)的靜電作用以及材料與染料之間的結(jié)構(gòu)匹配性。
　　(3)α-Fe2O3/TiO2復(fù)合材料通過(guò)靜電紡絲和水熱法成功合成。該復(fù)合材料是由多孔TiO2納米纖維(直徑70nm)表面生長(zhǎng)大量的α-Fe2O3納米棒(100～200nm長(zhǎng))。新穎的樹(shù)枝狀納米復(fù)合材料具有多孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積(高達(dá)4