二氧化鈦基異質(zhì)結(jié)-導電含氟聚合物纖維復合材料的制備與光催化性能.pdf

1、科技的發(fā)展使得人們對能源的需求逐年增加?；茉吹膬α坑邢蕖⑽廴緡乐氐葐栴}，使得人們對新能源的需求日益迫切。光催化技術(shù)可利用半導體材料將太陽光能轉(zhuǎn)化為化學能，用于分解水制氫氣和降解各種污染物。其具有氧化性強、反應(yīng)條件簡單、重復使用性好、高效等優(yōu)點。二氧化鈦是最常用的的光催化材料，但由于其能帶間隙較寬，太陽光利用率低、催化劑粉體操作困難、難回收利用等缺陷導致其應(yīng)用受到限制。研究具有高催化效率和易于操作的光催化材料對于半導體光催化劑的規(guī)模化

2、應(yīng)用具有重要理論意義和實踐價值。
　　本文以含有羧基的PVDF/SMA/石墨電紡纖維氈為載體，在水熱條件下，通過纖維表面羧基對溶液中金屬離子的絡(luò)合吸附作用，將半導體材料負載于纖維表面，制備出二氧化鈦基異質(zhì)結(jié)/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合光催化材料。通過復合材料在可見光下催化分解水制氫的研究，探討影響其光催化效率的因素和機理。主要內(nèi)容包括以下四個方面:
　　(1)TiO2@FeOOH/(PVDF/SMA)纖維復合材料的制

3、備:以含有羧基的PVDF/SMA電紡纖維氈為載體，在水熱85℃條件下，分別制備了FeOOH/(PVDF/SMA)纖維復合材料與TiO2@FeOOH異質(zhì)結(jié)/(PVDF/SMA)纖維復合材料。制備的FeOOH晶體以針狀包覆于氟碳聚合物纖維表面，TiO2晶體呈顆粒狀生長于FeOOH周圍，復合材料在300-535 nm區(qū)域有吸收。氙燈模擬太陽光降解甲基橙實驗表明:光照2h時，TiO2@FeOOH異質(zhì)結(jié)/(PVDF/SMA)纖維復合材料可降解甲基

4、橙至2.04％，降解率分別是Degussa P25 TiO2的3.2倍、TiO2-FeOOH粉體的1.5倍。氙燈模擬太陽光催化水分解制氫實驗表明:TiO2@FeOOH異質(zhì)結(jié)/(PVDF/SMA)纖維復合材料具有較好的重復光催化能力，最大產(chǎn)氫速率達到769μmol·h-1·g-1cat。
　　(2)不同硫化物與TiO2異質(zhì)結(jié)/導電氟碳聚合物纖維復合材料的制備與光催化制氫性能。以導電性的PVDF/SMA/石墨電紡纖維為載體，通過水熱反

5、應(yīng)分別負載了不同的硫?qū)倩衔锱cTiO2異質(zhì)結(jié)。制備出CdSe@TiO2異質(zhì)結(jié)/導電氟碳聚合物纖維復合材料， TiO2@SnS2/(PVDF/SMA/石墨）纖維復合材料和TiO2@CdS/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料。TiO2均為銳鈦相。氙燈模擬太陽光催化水分解制氫實驗表明，導電纖維作為載體優(yōu)于不導電纖維對復合材料光催化效率的提高;不同異質(zhì)結(jié)中，CdSe@TiO2/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料光催化活性最高，TiO2@

6、CdS異質(zhì)結(jié)/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料次之，TiO2@SnS2異質(zhì)結(jié)/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料最低。
　　(3)通過Sn離子摻雜，利用水熱合成法在(PVDF/SMA/石墨)纖維表面先后負載了Sn摻雜CdS，和TiO2，制備了TiO2@Sn摻雜CdS/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合光催化材料。在可見光催化水制氫的過程中TiO2@Sn摻雜CdS/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料有較高的催化活性，平

7、均產(chǎn)氫速率為2885μmol·h-1·g-1cat，是不導電纖維載體的1.4倍，是未摻Sn纖維復合材料的3.86倍。
　　(4)通過Cl離子摻雜，制備了CdS@Cl-TiO2/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料。當TiO2中Cl原子的含量為0.45％，復合材料的能帶間隙最窄，CdS@Cl-TiO2/(PVDF/SMA/石墨)纖維復合材料在氙燈模擬太陽光催化水分解制氫的試驗中，制氫的平均速率為3260μmol·h-1·g-1ca