新型啞鈴狀TiO2介晶的可控制備和改性及其光催化性能研究.pdf

1、TiO2半導(dǎo)體由于其優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，是當(dāng)前眾多新材料中最具有開發(fā)前景的材料之一，被廣泛的應(yīng)用于光催化以及新能源等領(lǐng)域。作為光催化劑材料，TiO2由于其自身較低的量子效率而受到了嚴(yán)重的限制。介晶是一種獨(dú)特的有序納米粒子組裝超結(jié)構(gòu)，顯示出高結(jié)晶度、高孔隙度和類單晶特征，能夠有效的改善TiO2半導(dǎo)體性質(zhì)，因此TiO2介晶的相關(guān)研究具有重要意義。近年來(lái)TiO2介晶吸引著越來(lái)越多人的研究興趣，但簡(jiǎn)單有效的合成TiO2介晶以及其生長(zhǎng)機(jī)理研究仍面臨

2、著許多挑戰(zhàn)。本文中通過(guò)簡(jiǎn)單的水熱體系，首次制備得到了一種結(jié)構(gòu)新穎的啞鈴狀銳鈦礦TiO2介晶，并對(duì)其改性研究，將其應(yīng)用于高效的光催化劑材料。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)以冰乙酸為溶劑，TiCl3作為Ti源，通過(guò)一步簡(jiǎn)單的溶劑熱反應(yīng)，無(wú)添加合成出了一種新穎的啞鈴狀銳鈦礦TiO2介晶納米材料。通過(guò)一系列的分析表征，深入研究了材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并探索了啞鈴狀介晶的生長(zhǎng)機(jī)理。另外通過(guò)簡(jiǎn)單的真空熱處理，在啞鈴狀TiO2介晶中有效地引入了大量的

3、氧空位，將其應(yīng)用于光催化劑材料，研究其光催化還原水體重金屬污染物（六價(jià)鉻）和光催化降解水體有機(jī)污染物（甲基橙）的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)于傳統(tǒng)的TiO2納米晶顆粒，介晶結(jié)構(gòu)顯示出了更優(yōu)越的性能，并且還深入研究了該TiO2介晶的光催化反應(yīng)機(jī)理。
　　2)對(duì)啞鈴狀TiO2介晶納米材料進(jìn)一步拓展研究，采用簡(jiǎn)單的水熱反應(yīng)過(guò)程將石墨烯納米片與啞鈴狀TiO2介晶復(fù)合在一起，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行一系列表征測(cè)試，研究分析復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性

4、質(zhì)，并且證明了石墨烯與TiO2之間是通過(guò)化學(xué)鍵作用相互緊密的結(jié)合在一起。復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效的提升半導(dǎo)體光催化劑材料的載流子分離效率，抑制光生電子和空穴的復(fù)合，增強(qiáng)材料的電子轉(zhuǎn)移性能，及大地改善了TiO2半導(dǎo)體的量子效率。這種石墨烯復(fù)合TiO2介晶納米材料極大地提高了催化劑性能，在100mW/cm2的模擬太陽(yáng)光(AM1.5G濾光片)下顯示出高效的光催化降解MO有機(jī)物和光催化還原Cr(Ⅵ)重金屬性能，并且還深入研究了該復(fù)合材料的光催化反應(yīng)機(jī)理。