TiO2納米材料的制備、改性及其光催化性能研究.pdf

1、近年來隨著紡織工業(yè)的發(fā)展和個人護理用品、殺蟲劑、表面活性劑、藥物等的濫用,大量的廢水被排放到河流中,對人類的生存造成了嚴重的威脅。通常廢水的處理方法包括物理處理法、化學處理法、物理化學處理法和生物處理法。半導體光催化技術(shù)處理廢水是近年來興起的新的廢水處理方法,其基本原理是用半導體作光催化材料,當用具有一定能量的光線照射時,光敏半導體材料被光激發(fā)出電子-空穴對,而吸附在半導體表面的水以及污染物的分子接受光生電子-空穴對,從而發(fā)生一系列的氧

2、化還原反應,使有毒、有色的污染物降解為無毒或者毒性較小的物質(zhì)的一種處理方法。在眾多的催化劑中,TiO2因其化學穩(wěn)定性高、耐光腐蝕、氧化能力強、光催化反應驅(qū)動力大、光催化活性高,可使一些吸熱的化學反應在被光輻射的 TiO2表面得到實現(xiàn)和加速,加之無毒、成本低,所以 TiO2的光催化研究最為活躍。但 TiO2較大的禁帶寬度和較高電子空穴復合幾率限制了其的光催化效率。要克服這些缺點需要對 TiO2納米材料進行改性。圍繞該方向,我們的主要開展了

3、以下工作:
　　(1)采用陽極氧化法在水和丙三醇的混合電解液中制備出了排列有序的 TiO2納米管陣列,考察了不同的制備參數(shù)(電解液組成、陽極氧化時間和陽極氧化電壓)對 TiO2納米管陣列形貌的影響。對于制備過程中形成的竹節(jié)狀 TiO2納米管陣列,通過考察不同制備參數(shù)對竹節(jié)形貌的影響,提出了竹節(jié)狀 TiO2納米管陣列的形成機理。對于在不同的陽極氧化時間和陽極氧化電壓下制備出的不同管長和管徑的TiO2納米管陣列,通過光催化降解茜素紅的

4、實驗考察了不同形貌TiO2納米管陣列的光催化性能,并通過不同的熱處理條件,考察了不同晶型 TiO2納米管陣列的光催化性能。
　　(2)利用電化學沉積法制備出了 Zr摻雜 TiO2納米管陣列。通過考察不同沉積電壓和電解液濃度找出最優(yōu)的沉積條件;通過UV-Vis漫反射光譜考察了Zr摻雜TiO2納米管陣列的光吸收性能;通過在紫外光下光催化降解茜素紅溶液考察了 Zr摻雜TiO2納米管陣列的光催化性能。
　　(3)對 TiO2納米管陣

5、列進行半導體復合,通過熱處理法和連續(xù)化學沉積法制備出 TiO2/ZnO/CdS納米復合材料。通過考察不同沉積次數(shù)找出最優(yōu)的復合層數(shù);通過 UV-Vis漫反射光譜考察了納米復合材料的光吸收性能;通過在紫外光下光催化降解茜素紅溶液考察了納米復合材料的光催化性能。
　　(4)通過兩相水熱合成法制備出直徑在5nm左右、具有熒光性能的 TiO2納米顆粒。在此基礎上,在 C納米顆粒的溶液中制備出碳雜化的 TiO2納米顆粒。通過UV-Vis吸收

6、光譜考察了 C-TiO2納米顆粒的光吸收性能;通過熒光光譜考察了 C-TiO2納米顆粒的光致發(fā)光性能;通過 X-射線光電子能譜考察了 C-TiO2納米顆粒的表面元素種類、化學狀態(tài)和電荷分布;通過在紫外光下光催化降解亞甲基藍溶液考察了 C-TiO2納米顆粒的光催化性能。C-TiO2的 X-射線光電子能譜和熒光光譜表明,與TiO2納米顆粒相比,碳與TiO2之間有電子相互作用,這一特性導致了C-TiO2納米復合材料在光催化降解亞甲基藍的過程中

7、催化活性的顯著提高。
　　(5)將兩種帶不同配體的 Ru納米顆粒通過兩相水熱合成法與 TiO2納米顆粒反應,得到Ru-TiO2納米顆粒。通過UV-Vis吸收光譜考察了Ru-TiO2納米顆粒的光吸收性能;通過 X-射線光電子能譜考察了 Ru-TiO2納米顆粒的表面元素種類、化學狀態(tài)和電荷分布;通過在紫外光下光催化降解亞甲基藍溶液考察了 Ru-TiO2納米顆粒的光催化性能。
　　(6)將前面制備的 TiO2納米顆粒與 HAuCl

8、4進行水熱合成反應,然后用抗壞血酸還原,得到 Au-TiO2納米復合材料。通過調(diào)節(jié) HAuCl4的量得到不同 Au負載量的Au-TiO2納米復合材料;通過X射線光電子能譜計算得到每個樣品的Au含量;通過循環(huán)伏安法對 Au-TiO2納米復合材料在氧還原反應中的電催化活性進行了測試;通過在紫外光下光催化降解亞甲基藍溶液考察了 Au-TiO2納米復合材料的光催化性能。
　　(7)通過水熱法制備出 TiO2納米薄片。將得到的納米薄片用 N