竹狀Ag-CuO-TiO2納米管陣列光催化劑的制備與應用.pdf

1、近年來，環(huán)境污染問題日益嚴重，并且成為了科學家們關注研究的熱點問題。其中，低成本綠色環(huán)保的光催化降解技術一直是研究的熱點，光催化劑中又以二氧化鈦最具有代表性。TiO2所具有的無毒，成本低廉，良好的化學和機械穩(wěn)定性等特點，使其在光催化降解處理環(huán)境污染問題方面展現(xiàn)出巨大的潛力。但是，TiO2的缺點限制了其在治理環(huán)境污染問題方面的實際應用。TiO2的禁帶寬度較大和光誘導產(chǎn)生的電子-空穴對又迅速地復合，這些都極大地降低了TiO2納米管陣列的光催

2、化效果。為了解決這個問題，本課題組構(gòu)建了CuO納米片和Ag納米顆粒共同修飾的TiO2納米管陣列(Ag/CuO/TiO2)復合材料。通過最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設計來突出多級納米結(jié)構(gòu)的多重活性位點，這是設計一個模仿自然光合作用的光催化降解體系的關鍵因素。受到自然界中的竹子形貌的激發(fā)，本課題組做出了竹狀的Ag/CuO/TiO2納米結(jié)構(gòu)。CuO的半導體異質(zhì)結(jié)效應和Ag納米顆粒的等離子體共振效應能夠協(xié)同地促進提高材料的光催化活性。本文以電化學沉積技術為基礎

3、，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)竹狀Ag/CuO/TiO2納米管陣列三元復合材料的制備和表征:應用簡單的溶液浸泡法和電化學沉積方法制備出竹狀的CuO納米片和Ag納米顆粒共同修飾的TiO2納米管陣列(Ag/CuO/TiO2NTs)復合材料。對復合材料進行了形貌、晶型、表面的元素與價態(tài)等一系列微觀表征及其光電性能的測試。結(jié)果表明，CuO和Ag納米粒子可以均勻地分布于二氧化鈦納米管表面和側(cè)面，復合材料光生電子空穴對的分離能力優(yōu)于一元(T

4、iO2NTs)和二元(Ag/TiO2NTs和CuO/TiO2NTs)光催化劑，其對可見光的吸收能力大幅增強，拓寬了光響應范圍。
　　(2)竹狀Ag/CuO/TiO2納米管陣列三元復合材料光催化降解性能的研究:利用制備好的Ag/CuO/TiO2作為光催化劑，并在模擬太陽光下降解2，4-二硝基苯酚(2，4-DNP)來評估光催化劑的催化性能。結(jié)果表明，三元Ag/CuO/TiO2的光催化活性優(yōu)于未修飾的TiO2納管陣列及二元材料(Ag/T

5、iO2NTs和CuO/TiO2NTs)。復合光催化劑對2，4-DNP有很強的吸附作用，在模擬太陽光下照射80 min即可達到接近100％的去除率，并且總有機碳(TOC)的去除率高達80％，同時證明了光催化降解過程中羥基自由基和超氧基自由基起很大作用。另外，Ag/CuO/TiO2光催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，經(jīng)過五次實驗后依然保持了很高的催化活性。同時Ag/CuO/TiO2能夠有效降解五氯苯酚(PCP)，2，4-二氯苯氧乙酸(2，4-D)和羅