納米TiO2基光催化材料的制備及其性能的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益突出，世界各國(guó)人民對(duì)環(huán)境也越來(lái)越的重視。半導(dǎo)體光催化去除水中污染物應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注，其中TiO2由于具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不易發(fā)生化學(xué)或光化學(xué)腐蝕、成本低廉、易回收、耐酸堿性好、無(wú)毒、催化活性高、以及氧化性和還原性很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到各國(guó)科學(xué)家的青睞。然而，TiO2禁帶寬度比較大，約3.2 eV，只有在能量較高的紫外光照下才具有光催化性能，太陽(yáng)光中的可見(jiàn)光不能被利用;同時(shí)TiO2光催化產(chǎn)生的電子與空穴很容易

2、復(fù)合，量子產(chǎn)率低。由于上述缺陷，嚴(yán)重阻礙了TiO2在光催化領(lǐng)域中的迸一步應(yīng)用，因此，通過(guò)改性來(lái)提高TiO2太陽(yáng)光催化效率，仍是一項(xiàng)很有前景的課題。
　　 針對(duì)TiO2光催化前沿領(lǐng)域中沒(méi)有解決的科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題，從急需提高太陽(yáng)光作用下光催化性能的關(guān)鍵出發(fā)，我們采用兩種方法來(lái)改性TiO2。
　　 第一種方法是:以高純鈦片為鈦源，通過(guò)水熱法制備出陣列的TiO2納米陣列，然后通過(guò)貴重金屬金Au進(jìn)行修飾、再通過(guò)原位生長(zhǎng)法在Au生長(zhǎng)C

3、dS，從而制備出三元TiO2/Au/CdS異質(zhì)結(jié)陣列光催化劑。同時(shí)用XRD對(duì)其進(jìn)行晶相和物相分析，用SEM進(jìn)行表面形貌分析，用熒光光譜儀表征其發(fā)光性能，用UV-5300對(duì)其光催化性能進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)研究了不同制備條件對(duì)TiO2光催化劑的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。結(jié)果表明，三元TiO2/Au/CdS異質(zhì)結(jié)陣列光催化劑具有很好的可見(jiàn)光光催化分解甲基橙效率。這主要是因?yàn)樵擉w系利用CdS提高可見(jiàn)光響應(yīng)特性，利用CdS、Au和TiO2三者之間的定向排

4、列及協(xié)同作用形成具有電荷遷移定向遷移的三元TiO2/Au/CdS異質(zhì)結(jié)，光生電子，光生空穴分別位于CdS和TiO2上，能有效的抑制光還原負(fù)反應(yīng)的進(jìn)行，提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率。并且改體系利用陣列結(jié)構(gòu)解決了納米光催化劑回收和再生使用難題。
　　 第二種方法是:以鈦酸四丁酯為鈦源，通過(guò)水熱法制備出TiO2/還原石墨烯氧化(r-GO)二元異質(zhì)結(jié)，從而制備出改性的TiO2/r-GO異質(zhì)結(jié)光催化劑。通過(guò)改變摻雜量和水熱溫度等來(lái)考察對(duì)其光催化活性

5、的影響。用SEM進(jìn)行表面形貌分析，用UV-5300對(duì)其光催化性能進(jìn)行測(cè)試。研究表明，在紫外光照射下，甲基橙的分解速率和效率明顯高于純TiO2。這是因?yàn)楣庹障?，在TiO2上產(chǎn)生的光生電子通過(guò)TiO2/r-GO界面，轉(zhuǎn)移到r-GO上，從而降低光生電子空穴的復(fù)合幾率，導(dǎo)致其具有較高的光催化活性。通過(guò)第二種方法改性的TiO2/r-GO，在紫外光下，分解甲基橙的速率和效率明顯高于純TiO2，這是因?yàn)槭┭趸镌龃蠹僒iO2的比表面積，而且還可以