二氧化鈦基光催化材料的可控制備及表征.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題，越來(lái)越多的科研工作者致力于環(huán)境污染的問(wèn)題的解決。自1972年半導(dǎo)體二氧化鈦光降解污染物的性能被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，該技術(shù)不斷得到關(guān)注和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。二氧化鈦具有穩(wěn)定的物理和化學(xué)性質(zhì)，無(wú)毒環(huán)保，且具有高效的紫外光活性，且成本低廉，是一種非常有前景的光催化材料，當(dāng)前已達(dá)到初步工業(yè)化應(yīng)用。然而，二氧化鈦材料的一些固有缺陷也在抑制其進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用，例如，其帶隙較寬和較高的光生電子空穴復(fù)合率，以及傳統(tǒng) TiO2材料

2、的光響應(yīng)范圍僅限于紫外光波段（僅占光譜能量的5％），大部分的太陽(yáng)光不能被有效利用。為擴(kuò)寬光譜響應(yīng)范圍，調(diào)整帶隙并抑制電子和空穴復(fù)合，提高光催化活性，本研究設(shè)計(jì)制備了一系列新型TiO2納米材料，并應(yīng)用于光催化降解水污染物的反應(yīng)中。從制備高效二氧化鈦納米線、加入碳材料和第二金屬組分與二氧化鈦形成高效異質(zhì)結(jié)構(gòu)三方面出發(fā)，設(shè)計(jì)了三類二氧化鈦基復(fù)合光催化材料，從不同方面提高二氧化鈦材料的光催化性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴運(yùn)用靜電紡絲方

3、法制備了具有良好結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和較高比表面積的二氧化鈦納米線，并通過(guò)不同條件的退火處理獲得了具有不同銳鈦礦/金紅石（A/R）比例的兩相二氧化鈦納米線，并將該納米線材料應(yīng)用于紫外光催化降解水溶液中的甲基橙，測(cè)試其催化性能。在催化反應(yīng)測(cè)試中，我們發(fā)現(xiàn)由改變退火條件獲得的不同A/R比例，對(duì)二氧化鈦的光催化性能有顯著的影響。我們以甲基橙的轉(zhuǎn)化頻率（TOF）來(lái)表征二氧化鈦的本證活性，發(fā)現(xiàn)隨著退火溫度升高A/R逐漸增大，而催化劑的TOF先增后減，在A/

4、R=83/17（退火溫度為650℃）時(shí)，TOF=2394 h-1，達(dá)到最高值。同比目前商業(yè)化的二氧化鈦催化劑P25（A/R=85/15），兩者A/R相近，但650℃退火的二氧化鈦納米線本征活性為P25（TOF=1175-1）的兩倍。通過(guò)紫外漫反射和熒光壽命等測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)二氧化鈦納米線相比P25有更好的抑制電子和空穴復(fù)合效果，因而獲得了更好的光催化活性。⑵將多壁碳納米管（MWCNT）與鈦前驅(qū)體(Ti(OC4H9)4)混合，使用微波輔助的

5、合成方法，制備了MWCNTs-TiO2納米復(fù)合催化劑。通過(guò)XRD和TEM表征發(fā)現(xiàn)，該催化劑的二氧化鈦具有銳鈦礦晶相結(jié)構(gòu)卻與MWCNT結(jié)合較好。將復(fù)合催化劑應(yīng)用于光催化降解甲基橙的反應(yīng)中,發(fā)現(xiàn)該催化劑不僅有很好的紫外光催化活性，在可見(jiàn)光作用下，也有很高的甲基橙催化轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MWCNT的引入不僅能夠增強(qiáng)催化劑對(duì)底物的吸收，而且能拓寬光相應(yīng)范圍。⑶設(shè)計(jì)并制備了一種新型的三元復(fù)合 Ag/AgCl/TiO2(B)納米片催化劑。其中，

6、TiO2(B)納米片的片狀結(jié)構(gòu)有助于電荷轉(zhuǎn)移，從而促進(jìn)光生電子和空穴的分離；而 Ag/AgCl組分能促進(jìn)可見(jiàn)光吸收并產(chǎn)生等離子增強(qiáng)效應(yīng)。我們用兩步法制備出了這種三元催化劑，先通一個(gè)可控的多相沉積過(guò)程可在 TiO2(B)納米片復(fù)合一定量的AgCl納米小方塊，然后利用原位紫外光還原的方法，可將AgCl納米小方塊表面的部分AgCl還原成Ag納米顆粒，從而獲得具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Ag/AgCl/TiO2(B)三元催化劑。在制備該催化劑的過(guò)程中，我們發(fā)