可見光響應TiO2基復合納米管陣列的制備及其在降解水中有機污染物的性能研究.pdf

1、二十一世紀全球環(huán)境污染和能源危機成為人類必須要面對的兩大現(xiàn)實問題。光催化作為一種綠色化學技術，用該方法去除環(huán)境中難降解的持久性有機污染物的研究已經(jīng)成為人們研究的熱點。TiO2作為最具代表性，同時也是最具應用前景的典型光催化劑，尤其是具有一維有序結構的TiO2納米管陣列更由于其具有獨特的有序陣列結構、高的比表面積以及更好的電荷傳遞性能而引起了人們的廣泛關注。然而由于其禁帶寬度是3.2eV，意味著它只能被波長小于387 nm的紫外光激發(fā)，對

2、占太陽光譜大部分的可見光利用率較低。此外，TiO2在光照下產(chǎn)生的光生電荷與空穴容易在晶體內(nèi)部發(fā)生復合，導致其量子效率偏低。這兩個問題限制了TiO2在實際中的應用。針對以上問題，本文以TiO2納米管陣列為基礎，分別采用導電聚合物PANI、貴金屬Ag納米顆粒、Ag/Ag3PO4納米顆粒對其進行改性，并對復合材料的形貌、結構以及光電化學特性進行系統(tǒng)的表征和討論。
　　本論文圍繞以上內(nèi)容，主要研究內(nèi)容與研究結果體現(xiàn)在以下幾個方面:

3、　　(1)采用陽極氧化法結合電化學循環(huán)伏安法制備出負載PANI的TiO2納米管陣列電極。經(jīng)過PANI負載的TiO2納米管陣列電極對光的吸收范圍發(fā)生了明顯的紅移。經(jīng)過PANI的負載，復合電極在可見光照下的光生電子與空穴的分離效率有了明顯的提高。該負載PANI的TiO2納米管電極在可見光下對羅丹明B的光電催化降解效率要比原TiO2納米管陣列電極提高5倍以上。高效的可見光催化活性主要歸因于PANI的可見光敏感性，以及與TiO2的能帶相匹配。<

4、br>　　(2)采用陽極氧化法結合超聲輔助的紫外光還原法制備了負載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列電極。負載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列在可見光下具有明顯的光電流響應，且電荷的傳遞速率比未負載的TiO2納米管陣列有明顯的提高。在模擬太陽光照下，負載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列電極對2，4，6-三氯苯酚的光電催化降解效率要比純的TiO2納米管陣列電極的降解效率有顯著提高。采用化學熒光技術結合電子順磁共振技術檢測光催化反應過程中產(chǎn)生

5、的活性氧物種是·OH。通過檢測溶液中Cl-濃度的變化分析2，4，6-三氯苯酚的脫氯情況。同時采用液質聯(lián)用技術結合DFT理論計算的方法分析2，4，6-三氯苯酚降解過程中生成的中間產(chǎn)物，確定2，4，6-三氯苯酚在負載Ag納米顆粒的TiO2納米管陣列電極上的降解路徑。
　　(3)采用化學沉淀法結合原位溶劑還原法制備了可見光催化劑Ag/Ag3PO4納米顆粒。該催化劑在可見光下對染料廢水具有較高的降解效率。同時對氯酚類的廢水同樣具有較強的氧

6、化能力。通過對光催化降解過程中的活性氧物種進行檢測，發(fā)現(xiàn)Ag/Ag3PO4納米顆粒在可見光照下降解污染物主要是通過空穴的直接氧化。結合DFT理論計算的方法，確定Ag3PO4催化劑作為一種窄帶的間接半導體，其禁帶寬度在2.57 eV左右。可見光照下，電子從O的2p軌道躍遷到Ag的5s軌道。由于O的2p軌道與P的3s軌道發(fā)生了雜化作用，這種雜化作用導致電子更容易從價帶躍遷到導帶上。
　　(4)采用陽極氧化法結合化學浸漬法制備了負載Ag

7、/Ag3PO4納米顆粒的TiO2納米管陣列電極。負載Ag/Ag3PO4納米顆粒的TiO2納米管陣列電極仍保留其高度有序的陣列結構，且管口并沒有發(fā)生堵塞的現(xiàn)象。Ag/Ag3PO4納米顆粒的負載使TiO2納米管陣列電極對光的吸收波長向可見光區(qū)域移動?？梢姽庹障碌墓怆娏黜憫h遠高于未負載的TiO2納米管陣列電極?？梢姽庹障聦?-氯苯酚的降解效率能夠達到95％以上，而未經(jīng)負載的TiO2納米管陣列電極在相同條件下對2-氯苯酚的降解效率僅能達到20