TiO2納米復(fù)合材料制備及其光催化性能研究.pdf

1、近年來，隨著工業(yè)化快速發(fā)展所引起的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，光催化技術(shù)作為解決環(huán)境問題的新技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。二氧化鈦(TiO2)由于具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒，抗腐蝕性能強，價格低廉等特點，成為當(dāng)前被廣泛研究的半導(dǎo)體光催化材料，并應(yīng)用于各類催化反應(yīng)中。然而，納米二氧化鈦的禁帶寬度較寬（銳鈦礦相3.2eV，金紅石相3.0eV），一方面，只能被波長小于380nm的紫外光所激發(fā)，對太陽光的利用率較低，另外，單純二氧化鈦在光激發(fā)下產(chǎn)生的電子空穴對較容易復(fù)

2、合，這較大的限制了二氧化鈦納米材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。為了提高而二氧化鈦納米材料對太陽光能的利用率，采用不同方式對納米二氧化鈦進(jìn)行改性受到了廣泛研究。當(dāng)前，低維納米材料由于具有比傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的性能和潛在價值而被較多關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)通過摻雜、敏化、半導(dǎo)體復(fù)合及表面還原處理等方式對二氧化鈦光催化材料進(jìn)行修飾改性，可以拓展二氧化鈦對太陽光能的響應(yīng)范圍，并最終達(dá)到提高光催化性能的目的。本論文通過半導(dǎo)體復(fù)合的方式對二氧化鈦納米材料進(jìn)行改性，成功制

3、備出CuS@TiO2NW與Ag/AgCl@TiO2NW納米復(fù)合材料，研究了改性二氧化鈦納米材料的光催化性能及主要影響因素，并探究了復(fù)合材料光催化材料光催化機理。主要研究內(nèi)容如下:
　　第一，采用兩步水熱的方法，制備出具有一維結(jié)構(gòu)的CuS@TiO2NW納米復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備主要包括兩個階段，首先通過水熱法制備出二氧化鈦納米線[4]，線狀結(jié)構(gòu)為后續(xù)制備過程提供了較好的附著點。然后，以NaS2SO4·3H2O與CuCl2·2H2

4、O分別作為硫源及銅源，經(jīng)過混合攪拌后，將二氧化鈦納米線浸入到相同濃度的兩者混合溶液中，在110℃水熱條件下反應(yīng)10h后，即獲得CuS@TiO2NW納米復(fù)合材料。本文探究了對水熱反應(yīng)溫度以及水熱反應(yīng)時間對該納米復(fù)合結(jié)構(gòu)光催化性能的影響。通過對在不同條件下得到的產(chǎn)物以及單純的二氧化鈦納米線與硫化銅的光催化性能測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn):在可見光條件下，所制得的CuS@TiO2NW納米復(fù)合材料顯示出優(yōu)于單純二氧化鈦納米線以及硫化銅的光催化性能，并且，在水

5、熱反應(yīng)110℃，10h條件下所得到的納米復(fù)合材料的光催化性能相對較好，經(jīng)過循環(huán)實驗證明了該復(fù)合材料良好的循環(huán)穩(wěn)定性。研究表明，該復(fù)合材料較高的光催化活性首先源于一維TiO2NW納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能，另外，在光照條件下，CuS納米片能夠有效的對光生電子進(jìn)行捕獲，并及時促進(jìn)電子空穴對分離，光生電子壽命得到延長，減少電子空穴對的復(fù)合。最終經(jīng)過CuS納米片對TiO2NW的復(fù)合改性，經(jīng)過CuS對TiO2NW的復(fù)合改性，提高了TiO2NW

6、對光生電子的利用率，拓展了其光吸收范圍，提高CuS@TiO2NW納米復(fù)合材料的光催化效率，最終表現(xiàn)在對亞甲基藍(lán)(MB)的降解率的提高。
　　第二，利用離子吸附法及光還原法制備出Ag/AgCl@TiO2NW納米復(fù)合材料。首先，二氧化鈦納米線經(jīng)過AgNO3溶液以及HCl溶液循環(huán)吸附，后用去離子水洗滌，如此循環(huán)操作兩次后洗滌干燥，得到AgCl@TiO2NW納米復(fù)合材料;然后在紫外光條件下光照還原，Ag+被還原成Ag單質(zhì)，并負(fù)載在AgCl

7、納米顆粒上，由此得到Ag/AgCl@TiO2NW納米復(fù)合光催化劑。在光照情況下，AgCl被光電子激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，光生電子會有Ag+結(jié)合生成Ag0。同時，由于貴金屬（Ag)具有表面等離子共振效應(yīng)，使其產(chǎn)生的電子空穴分別遷移到TiO2及AgCl，實現(xiàn)了電子-空穴對的有效分離，最終提高了Ag/AgCl@TiO2NW納米復(fù)合的光催化性能。本文以甲基橙(MO)模擬污染物，研究了Ag/AgCl@TiO2NW納米復(fù)合光催化劑對其降解情況，由于Ag