納米二氧化鈦復(fù)合光催化劑的制備、表征及其可見(jiàn)光催化性質(zhì)研究.pdf

1、近年來(lái)，光催化技術(shù)發(fā)展迅速，光催化劑利用太陽(yáng)能可以將有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物降解為無(wú)害物，而且反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單。TiO2是一種常用的光催化劑，具有催化活性高、化學(xué)和光穩(wěn)定性好、安全無(wú)毒和廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛用于有機(jī)污染物降解、消毒滅菌和自清潔等領(lǐng)域。但是，作為一種n型半導(dǎo)體，TiO2能帶隙較寬，使其只能被太陽(yáng)光中少部分的紫外光所激發(fā)，因而大大限制了TiO2光催化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。為了將TiO2光響應(yīng)范圍擴(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)，人們對(duì)其進(jìn)行了各種

2、改性和修飾，如貴金屬沉積、半導(dǎo)體復(fù)合、離子摻雜、光敏化以及表面還原處理等，開(kāi)發(fā)具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑，這在理論上和實(shí)際應(yīng)用上都具有非常重要的實(shí)際意義。
　　 本論文主要研究具有可見(jiàn)光催化活性的二氧化鈦系列復(fù)合光催化劑，以探索具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化劑為研究目標(biāo)，利用水熱合成法合成了具有銳鈦礦相的二氧化鈦納米管，同時(shí)還結(jié)合溶膠凝膠法以及共沉淀法制備了基于TiO2的多種復(fù)合光催化劑，并研究它們?cè)诳梢?jiàn)光下的光催化活性及穩(wěn)定性，提高Ti

3、O2在可見(jiàn)光區(qū)域降解染料的光催化性能，具體內(nèi)容如下：
　　 一、首先利用水熱合成法和雙氧水處理制得銳鈦礦相TiO2納米管，然后通過(guò)沉淀和光化學(xué)反應(yīng)將Ag@AgCl納米粒子負(fù)載于其上，從而制得TiO2納米管負(fù)載的表面等離子體光催化劑。結(jié)果表明，經(jīng)Ag@AgCl納米粒子修飾后，銳鈦礦相TiO2納米管因表面等離子共振效應(yīng)而對(duì)可見(jiàn)光具有明顯的響應(yīng)，光生電子-空穴對(duì)更容易分離，因而TiO2納米管的可見(jiàn)光催化活性增加。該催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)分子

4、具有很強(qiáng)的吸附能力，在可見(jiàn)光照射1 h后就可完全降解脫色。另外，該光催化劑重復(fù)使用5次后，亞甲基藍(lán)脫色率仍保持90％以上。
　　 二、利用溶膠凝膠法得到TiO2溶膠，利用Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，然后通過(guò)水熱合成法將GO與TiO2反應(yīng)，得到TiO2/G。再用AgNO3溶液將Ag+負(fù)載到TiO2/G復(fù)合物中，用NaBH4將Ag+還原成Ag，最終得到Ag/TiO2/G復(fù)合材料。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)利用石墨烯(G)所具有的大的

5、表面積，較強(qiáng)的電子傳輸能力及Ag粒子的表面等離子共振效應(yīng)(SPR)，復(fù)合光催化劑對(duì)可見(jiàn)光有明顯的響應(yīng)，光生電子-空穴對(duì)更容易分離，因而光催化劑的可見(jiàn)光催化活性提高。該催化劑對(duì)亞甲基藍(lán)染料有很強(qiáng)的吸附脫色能力，光催化穩(wěn)定性也很強(qiáng)。
　　 三、采用水熱合成法和雙氧水處理制得銳鈦礦相TiO2納米管，通過(guò)巰基乙酸將半導(dǎo)體PbS量子點(diǎn)組裝在TiO2納米管上，得到相應(yīng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)敏化TiO2納米管的光催化劑。并探究巰基乙酸濃度和攪拌時(shí)間對(duì)光

6、催化效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)巰基乙酸的濃度為0.6 mol/L，攪拌時(shí)間為5分鐘時(shí)得到的光催化劑活性最好，在可見(jiàn)光條件下催化降解亞甲基藍(lán)的效果更佳。
　　 本論文中制備的新型具有可見(jiàn)光響應(yīng)的二氧化鈦系列復(fù)合光催化材料，具有較強(qiáng)的光催化活性，穩(wěn)定性較好，可以重復(fù)使用。這些新型的光催化劑相比于其他同類的催化劑，擴(kuò)大了TiO2的光吸收范圍，提高了對(duì)太陽(yáng)光能的利用。這些新型復(fù)合催化劑在光電催化及工業(yè)污染治理等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。