23148.石墨烯基半導(dǎo)體納米復(fù)合材料的制備、表征及其光催化性能研究

1、浙江理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得浙江理工大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學(xué)位論文作者簽名：染久字簽字日期：乙力件年了月彭日石墨烯基半導(dǎo)體納米復(fù)合材料的制備、表征及其光催化性能研究摘

2、要石墨烯是由單層碳原子通過sp2雜化形成的二維平面碳納米材料，具有比表面積大，電子遷移率高，透光性好和吸附能力強(qiáng)等眾多優(yōu)異的性能，是理想的光催化劑載體。由于Ti02光催化劑具有氧化能力強(qiáng)，廉價(jià)無毒害，物理與化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在開發(fā)利用清潔能源和污水處理方面極具應(yīng)用潛力，是當(dāng)前研究最多的半導(dǎo)體光催化材料，但是Ti02缺乏可見光響應(yīng)，光生載流子復(fù)合效率高，光催化性能低下，需要對(duì)其進(jìn)行有效地改性研究，或?qū)ふ移渌袧摿Φ男滦涂梢姽獯呋瘎?/p>

3、便滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。新近發(fā)現(xiàn)的A93P04光催化劑具有優(yōu)異的可見光催化活性，被視為光催化領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，但是A93P04容易發(fā)生光腐蝕，穩(wěn)定性問題亟待解決。考慮到石墨烯的優(yōu)異性能以及與Ti02，A93P04等半導(dǎo)體納米材料之間可能存在的協(xié)同作用，構(gòu)建石墨烯基半導(dǎo)體納米復(fù)合材料是對(duì)傳統(tǒng)光催化劑進(jìn)行改性研究的重要方向，同時(shí)也為提高A93P04等新型可見光催化劑穩(wěn)定性提供了新思路。本文首先利用化學(xué)氧化還原法制備了氧化石墨烯(graphe

4、neoxide，OO)冪I還原性氧化石墨烯(reducedgrapheneoxide，RGO)并作為石墨烯在納米復(fù)合材料中的廉價(jià)替代材料，分別制備出了Ti02／RGO，A93P04／RGO／Ag以及Ti02／A93P04／GO三種納米復(fù)合材料，對(duì)每種納米復(fù)合材料的表面形貌和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的表征，深入探討了不同納米復(fù)合材料的光催化效率和協(xié)同作用機(jī)理，取得的主要研究結(jié)果如下：(1)利用改性Hummers法制備了表面含有大量含氧官能團(tuán)的G

5、O，并以Ti(S04)2和GO溶液作為前驅(qū)體，乙醇／水溶液作為還原劑，利用簡單的一步水熱合成法制備出Ti02／RGO納米復(fù)合材料；GO在水熱還原過程中被有效地還原為RGO，同時(shí)晶粒尺寸約為10niil的銳鈦礦型Ti02納米顆粒在RGO表面原位生長，兩者形成了緊密的界面復(fù)合結(jié)構(gòu)；在紫外光照射下，隨著RGO含量的增加，Ti02／RGO納米復(fù)合材料的光催化降解速率逐漸提高，其中RGO含量最高的Ti02／RGO4樣品的光催化降解速率約是普通Ti

6、02納米顆粒樣品的56倍；Ti02／RGO納米復(fù)合材料的優(yōu)異光催化性能主要來自于Ti02與RGO之間的協(xié)同作用，包括以下幾個(gè)方面：RGO可以快速接受和轉(zhuǎn)移Ti02導(dǎo)帶上的光生電子，抑制了光生載流子的復(fù)合；RGO與Ti02之間存在化學(xué)鍵的相互作用，使得禁帶寬度減小，光譜吸收范圍增大；RGO增強(qiáng)了光催化劑對(duì)污染物分子的吸附能力，更有利于在材料表面進(jìn)行光催化反應(yīng)。(2)先利用簡單的液相沉淀法制備了A93P04／GO納米復(fù)合材料，再利用新穎的光