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(gè)人護(hù)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(duì)人類的生存造成了嚴(yán)重的威脅。通常廢水的處理方法包括物理處理法、化學(xué)處理法、物理化學(xué)處理法和生物處理法。半導(dǎo)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(dǎo)體作光催化材料,當(dāng)用具有一定能量的光線照射時(shí),光敏半導(dǎo)體材料被光激發(fā)出電子-空穴對(duì),而吸附在半導(dǎo)體表面的水以及污染物的分子接受光生電子-空穴對(duì),從而發(fā)生一系列的氧

2、化還原反應(yīng),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(xué)穩(wěn)定性高、耐光腐蝕、氧化能力強(qiáng)、光催化反應(yīng)驅(qū)動(dòng)力大、光催化活性高,可使一些吸熱的化學(xué)反應(yīng)在被光輻射的 TiO2表面得到實(shí)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(fù)合幾率限制了其的光催化效率。要克服這些缺點(diǎn)需要對(duì) TiO2納米材料進(jìn)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(shí)間和陽極氧化電壓)對(duì) TiO2納米管陣列形貌的影響。對(duì)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(duì)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(jī)理。對(duì)于在不同的陽極氧化時(shí)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(shí)驗(yàn)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?xiàng)l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(xué)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(duì) TiO2納米管陣

5、列進(jìn)行半導(dǎo)體復(fù)合,通過熱處理法和連續(xù)化學(xué)沉積法制備出 TiO2/ZnO/CdS納米復(fù)合材料。通過考察不同沉積次數(shù)找出最優(yōu)的復(fù)合層數(shù);通過 UV-Vis漫反射光譜考察了納米復(fù)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(fù)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(chǔ)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(xué)狀態(tài)和電荷分布;通過在紫外光下光催化降解亞甲基藍(lán)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(dǎo)致了C-TiO2納米復(fù)合材料在光催化降解亞甲基藍(lán)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(yīng),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(xué)狀態(tài)和電荷分布;通過在紫外光下光催化降解亞甲基藍(lán)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(jìn)行水熱合成反應(yīng),然后用抗壞血酸還原,得到 Au-TiO2納米復(fù)合材料。通過調(diào)節(jié) HAuCl4的量得到不同 Au負(fù)載量的Au-TiO2納米復(fù)合材料;通過X射線光電子能譜計(jì)算得到每個(gè)樣品的Au含量;通過循環(huán)伏安法對(duì) Au-TiO2納米復(fù)合材料在氧還原反應(yīng)中的電催化活性進(jìn)行了測(cè)試;通過在紫外光下光催化降解亞甲基藍(lán)溶液考察了 Au-TiO2納米復(fù)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