TiO-,2-納米管陣列膜的改性、表征及其光電催化性能研究.pdf

1、TiO2納米管陣列膜作為一種新型的納米TiO2材料，由于具有獨特的、高度有序的陣列結構和良好的力學性能、化學穩(wěn)定性以及抗腐蝕性能，引起了人們的極大關注，已在光催化降解污染物、太陽能電池、氣敏傳感材料、光解水制氫等領域顯示出誘人的應用前景。然而，銳鈦礦型TiO2是寬禁帶(Eg=3.2 eV)半導體化合物，在光催化反應中只有波長較短的太陽光(λ＜387 nm)才能使其激發(fā)產(chǎn)生光生電子—空穴對，太陽能利用率僅3—4％；另一方面，光生電子—空穴

2、對的復合率較高也限制了其光催化效率的提高。因此，(1)如何提高TiO2對可見光的吸收，(2)如何提高TiO2光催化效率是實現(xiàn)其應用的兩個關鍵技術難題。 本工作旨在拓展TiO2納米管陣列膜光譜響應范圍，抑制光生電子—空穴對的復合，提高其光催化效率。一方面，采用簡單易行的方法，對TiO2納米管陣列膜進行修飾改性；另一方面，采用電化學輔助的方式，即光電催化，提高光生電子—空穴對的分離效率。利用SEM、XPS、XRD、Raman、UV—

3、vis吸收光譜、光電流譜等技術對TiO2納米管陣列膜的表面形貌、組成成份、結構、光吸收和光電流等進行表征，并通過對亞甲基藍溶液的光催化降解評價其光催化活性。通過光電流譜和電化學阻抗譜考察外加偏壓對TiO2納米管陣列膜光電化學活性的影響，并通過對苯酚溶液的降解考察其光電催化效率。主要研究進展及結果如下： 1．應用電化學陽極氧化法，以Fe(NO3)3和HF的混合水溶液為電解液在Ti基底上成功制備了Fe3+摻雜的TiO2納米管陣列膜。

4、當溶液中Fe(NO3)3濃度低于0.2 mol/I，時，膜層仍呈高度有序的陣列結構。Fe3+摻雜后TiO2納米管陣列膜具有良好的光電響應，紫外可見吸收帶邊發(fā)生了明顯的紅移。光催化降解亞甲基藍(MB)的結果表明，F(xiàn)e3+摻雜的TiO2納米管陣列膜在紫外光區(qū)和可見光區(qū)的光催化活性均有一定程度的提高。 2．采用超聲浸漬與光化學相結合的方法成功制備了Ag納米顆粒高度分散的、載Ag量可控的TiO2納米管陣列膜。光電流譜的檢測結果顯示，負載

5、Ag后TiO2納米管陣列膜光生電子—空穴對得到了有效的分離。載銀TiO2納米管陣列膜的光催化活性相對單純TiO2納米管陣列膜明顯提高。 3．應用光電協(xié)同作用的方法研究TiO2納米管陣列膜的光電性質(zhì)。結果表明，TiO2的晶型結構對其光電化學活性影響較大，450℃熱處理的TiO2納米管陣列膜具有良好的銳鈦礦晶型，光電化學活性最高。電化學阻抗譜的測試揭示了TiO2納米管陣列膜光生電子—空穴對的分離及傳輸特性，外加偏壓減小了界面電荷轉移