改性TiO2納米管光電極制備及光電催化降解雙氯芬酸研究.pdf

1、直接利用太陽能為光源的TiO2光催化技術(shù)被認為是二十一世紀最具應用前景的環(huán)境治理技術(shù)，它既解決了能源危機的困擾，也滿足了污染防治的迫切需求。與薄膜電極相比，陽極氧化法制備的TiO2納米管（TiO2 NTs）因具有較高的表面與體積比及獨特的尺寸效應和良好的光吸收性能引起人們的關(guān)注，在太陽能轉(zhuǎn)換、光解水制氫和污染物去除等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景。本論文在制備了高度有序的TiO2 NTs光電極的基礎上，對其開展了貴金屬鈀納米晶與還原氧化石墨烯以

2、及N, S-TiO2納米粒子的改性研究，并對其物理化學結(jié)構(gòu)與光電化學性能及光電催化活性進行了系統(tǒng)研究?；谏鲜鰞?nèi)容，本論文開展了以下研究工作。
　　為解決粉末態(tài)催化劑不易回收、難重復使用的問題，設計正交試驗利用電化學陽極氧化法在 Ti箔上原位制備了高度有序的TiO2 N Ts光電極，解析了制備工藝參數(shù)對其光催化降解甲基藍的影響規(guī)律，重點研究了煅燒溫度對TiO2 NTs光電極表觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、表面組成、光電化學性能及表面羥基演變規(guī)

3、律的影響，探討了TiO2 N Ts光電極光催化降解甲基藍的機制。結(jié)果表明：陽極氧化電壓為20V，氧化時間為2h，氟化銨濃度為0.5 wt％，電解液體系中水的含量為40%（V/V），氧化溫度為40℃，煅燒溫度為500℃時制備的TiO2 NTs光電極光催化活性最佳，35W氙燈光照120min對甲基藍的光催化去除率為48.7%。此外，在0.1mol·L-1硫酸鈉電解質(zhì)中加入5mg·L-1甲基藍溶液之后，TiO2 NTs光電極的光生電流密度和光

4、轉(zhuǎn)化效率分別提高了1.34和1.26倍。另外，·OH是TiO2 N Ts光電極光催化降解甲基藍的主要活性物種，其貢獻率約為95%，光生空穴僅占0.21%。
　　為克服催化劑載流子復合機率高和可見光利用率低的弊端，采用陽極氧化法和兩步電化學沉積工藝構(gòu)筑了貴金屬鈀納米晶與還原氧化石墨烯修飾的TiO2 NTs（Pd-RGO/TiO2 NTs）光電極，利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）及紫外

5、-可見漫反射光譜（UV-vis DRS）等對Pd-RGO/TiO2 N Ts光電極的表觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、表面組成與光吸收性能進行了表征分析。此外，利用電化學工作站對光電極的光電化學性能進行了分析，并利用熒光光譜性質(zhì)對Pd-RGO/TiO2 N Ts光電極表面羥基的演變規(guī)律進行了研究。結(jié)果表明：陽極電沉積 RGO的最佳電壓為+0.8V，時間為10min；陰極電沉積Pd0的最佳電壓為-0.8V，時間為10min。此時，構(gòu)筑的Pd-RGO/T

6、iO2 NTs光電極對甲基藍的光催化去除率為73.6%。此外，經(jīng)過表面修飾P d0與RGO之后，TiO2 N Ts光電極的光電流密度、載流子濃度與光電催化活性得到顯著提高。
　　為進一步提高催化劑可見光響應范圍與載流子分離效率，組合陽極氧化法和蒸發(fā)誘導自組裝策略構(gòu)建了N、S共摻雜TiO2納米粒子修飾的TiO2 NTs（N, S-TiO2/TiO2NTs）光電極，利用SEM、XRD、XPS及UV-vis DRS等對N, S-TiO2

7、/TiO2 N Ts光電極的表觀形貌、組成結(jié)構(gòu)及光吸收性能進行了表征，利用電化學工作站對其光電化學性能進行了分析，并利用熒光光譜性質(zhì)對其表面的羥基生成規(guī)律進行了研究，并闡釋了N, S-TiO2/TiO2NTs光電極光催化降解甲基藍的機制。結(jié)果表明：當硫脲添加量為1.25%，浸漬次數(shù)為3次，焙燒溫度為500℃時制備的N, S-TiO2/TiO2NTs光電極光催化性能最佳，其對甲基藍的光催化降解為59.7%。此外，N, S-TiO2納米粒子

8、修飾之后，TiO2NTs光電極的可見光吸收性能與光電化學性能及載流子分離效率顯著增加，從而導致光催化性能得到提高。
　　最后，以水中藥品及個人護理品雙氯芬酸為目標物，研究了改性TiO2 NTs光電極的光電催化性能。結(jié)果表明：Pd-RGO/TiO2NTs與N, S-TiO2/TiO2NTs光電極對雙氯芬酸的光催化去除效率分別為58.4%與61.4%。此外，外加+0.4 V偏壓也明顯增加了N, S-TiO2/TiO2NTs光電極對雙氯