介孔二氧化鈦基復(fù)合催化劑的制備及其光催化性能研究.pdf

1、TiO2比表面積較大、介孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)有序、價(jià)格低、無(wú)毒、表面易于改性，表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但其帶隙較寬、光響應(yīng)范圍窄、煅燒時(shí)易坍塌和團(tuán)聚，影響其光催化活性。因此，對(duì)TiO2進(jìn)行表面修飾，增強(qiáng)熱穩(wěn)定性，拓寬光響應(yīng)范圍至可見(jiàn)光區(qū)，成為TiO2廣泛應(yīng)用過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。
　　本論文以表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）形成的液晶為模板，鈦酸丁酯為鈦源，分別以偏釩酸銨、硝酸銀為摻雜離子前驅(qū)體，通過(guò)溶膠-凝膠法制備出釩摻雜介孔二氧

2、化鈦（V/MT）和銀摻雜介孔二氧化鈦（Ag/MT）復(fù)合體。采用X射線衍射、N2吸附-脫附、熱重-差熱分析、X射線光電子能譜、紫外-可見(jiàn)光譜和透射電子顯微鏡等一系列的方法對(duì)制備得到的催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，選擇亞甲基藍(lán)（MB）為目標(biāo)降解物，分別以紫外光和可見(jiàn)光為光源，探討了V/MT和Ag/MT的光催化性能。結(jié)果表明：釩或銀摻雜降低了MT的粒徑和光生電子-空穴復(fù)合率，提高了MT的比表面積、Ti3+和羥基濃度，使得V/MT和Ag/MT的光催化活

3、性高于純MT和P25，且Ag摻雜減小了MT的帶隙能，使Ag/MT的可見(jiàn)光催化活性更加突出。最佳的光催化條件為：最佳的V摻雜濃度為1.5％，V/MT的濃度為0.83 g/L，最佳的Ag摻雜濃度為1.0%，Ag/MT的濃度為0.6 g/L，MB的濃度為1 mg/L。
　　為了進(jìn)一步抑制光生電子-空穴的復(fù)合，通過(guò)液晶模板輔助溶膠-凝膠法成功地將石墨烯（GR）橋聯(lián)到Ag離子摻雜的介孔二氧化鈦上（GR-Ag/MT）。采用X-射線衍射、BET

4、、X-射線光電子、透射電子顯微鏡等對(duì)已制備好的光催化劑進(jìn)行表征，并通過(guò)對(duì)MB溶液的降解來(lái)研究催化劑的可見(jiàn)光催化性能。結(jié)果表明石墨烯的引入可以降低電子-空穴的復(fù)合率，增大比表面積和羥基自由基濃度。與純 MT、GR/MT和Ag/MT相比，GR-Ag/MT復(fù)合體表現(xiàn)出最好的可見(jiàn)光催化活性，這歸功于GR的引入和Ag的摻雜，形成 Ti-O-C鍵阻止光生電子-空穴的復(fù)合，引起帶隙能變窄，在 GR、Ag和MT之間產(chǎn)生協(xié)同作用，并且 GR-Ag/MT可

5、見(jiàn)光催化性能擁有高的穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)了在石墨烯橋聯(lián)量為1.2%（摩爾比）時(shí)復(fù)合體催化活性最好，提出了GR-Ag/MT在可見(jiàn)光下的光催化反應(yīng)機(jī)制，得到了MB降解的最佳條件：1.2%GR-Ag/MT用量為0.36 mg/L、pH值為6、MB溶液的初始濃度為1 mg/L。
　　另外，以CTAB的液晶為模板，鈦酸丁酯為鈦源，以FTO導(dǎo)電玻璃為基材，通過(guò)涂覆煅燒制備了介孔氧化鈦薄膜電極（MTFE），再通過(guò)可控的電沉積法制備出石墨烯量子點(diǎn)（GQD

6、）敏化的介孔TiO2薄膜電極（GQD/MTFE），并對(duì)其可見(jiàn)光電催化性能進(jìn)行研究。結(jié)果表明：在GQD的輔助下，TiO2薄膜表現(xiàn)出較好的可見(jiàn)光電催化活性，這是由于GQD可以有效地將 TiO2的光吸收帶拓寬到可見(jiàn)光范圍，并且可以加速光生電子-空穴對(duì)的分離，這些導(dǎo)致GQD/MTFE在對(duì)AO7可見(jiàn)光電催化降解中表現(xiàn)出高的活性，并且在循環(huán)使用中仍保持著很高的光電催化活性。另外，與GQD/NTFE相比，GQD/MTFE擁有更高的催化性能，這歸功于其