TiO2納米管陣列表面修飾及光催化降解有機污染物研究.pdf

1、作為一種新型的無機半導(dǎo)體功能材料，TiO2納米材料自發(fā)現(xiàn)以來，一直廣受研究者們的關(guān)注。由于TiO2納米材料在光照下的強穩(wěn)定性、強氧化性、較好的紫外光響應(yīng)性以及可靠的化學(xué)穩(wěn)定性，使其在太陽能電池、生物材料、氣敏材料、醫(yī)學(xué)以及新能源領(lǐng)域產(chǎn)生了很多新的應(yīng)用，尤其是其強氧化性在光催化降解有機污染物方面更是備受關(guān)注。TiO2納米材料包括TiO2納米粉末、TiO2納米管陣列以及其他形態(tài)TiO2納米材料等，其中，TiO2納米管陣列以具有高度有序的納米

2、管陣列結(jié)構(gòu)、更優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換性能以及更高的比表面積等優(yōu)點成為研究熱點，而且，通過調(diào)節(jié)制備參數(shù)可以實現(xiàn)對TiO2納米管陣列形貌（包括管徑、管壁厚度、管長和晶型等）的準(zhǔn)確控制，進而滿足不同情況下的需求。但是，銳鈦礦型TiO2納米管陣列的禁帶寬度為3.2 eV，只能被紫外光激發(fā)，太陽能利用率低，并且TiO2納米管陣列在紫外光照射下的光催化效率仍然較低。另外，光生載流子的壽命較短，光電轉(zhuǎn)換效率和量子效率也比較低。為了解決這一問題，研究者們對Ti

3、O2納米管陣列進行改性，以提高TiO2納米管陣列光生載流子的分離效率，拓寬光響應(yīng)范圍，實現(xiàn)有效地利用太陽能進行光催化。
　　本工作旨在一方面研究Fe-TiO2納米管陣列光催化協(xié)同類Fenton試劑的高級氧化降解有機污染物，探索不同反應(yīng)參數(shù)對降解效率的影響，獲得最佳反應(yīng)條件;另一方面采用超聲浸漬沉積結(jié)合熱處理的方法對TiO2納米管陣列進行LaFeO3納米顆粒修飾，抑制其光生電子-空穴對的復(fù)合，延長光生電子的壽命，提高光催化降解有機污

4、染物的效率。利用SEM、TEM、XRD、XPS、UV-vis漫反射譜、光電流譜等對納米管陣列的表面形貌、組成成分、晶型結(jié)構(gòu)、光吸收性能、光電化學(xué)活性等進行表征，并通過對橙黃Ⅱ(AOⅡ)、亞甲基藍(MB)的降解考察其光催化活性。主要工作及研究進展如下:
　　1.應(yīng)用超聲輔助浸漬結(jié)合熱處理的方法制備了Fe-TiO2納米管陣列，利用Fe-TiO2納米管陣列和H2O2復(fù)合體系光催化降解AOⅡ。結(jié)果表明，在復(fù)合體系中Fe-TiO2納米管陣列

5、的光催化協(xié)同類Fenton的高級氧化能夠有效地降解AOⅡ，大幅度提高了Fe-TiO2納米管陣列對AOⅡ的光催化降解率。通過對Fe-TiO2納米管陣列的Fe的量、AOⅡ的pH以及H2O2的用量的研究，得到在pH=3.09、超聲浸漬時間為25 min、H2O2濃度為3 mmol·L-1時，F(xiàn)e-TiO2納米管陣列與Fenton試劑的協(xié)同對AOⅡ的降解率最大，而且Fe-TiO2納米管陣列穩(wěn)定性好。
　　2.應(yīng)用超聲輔助浸漬結(jié)合熱處理的方

6、法制備了LaFeO3納米顆粒修飾的TiO2納米管陣列。復(fù)合陣列具有明顯的可見光響應(yīng)。光電流測試結(jié)果表明，超聲浸漬1.0h得到的LaFeO3納米顆粒修飾的TiO2納米管陣列在可見光照射下的光電流密度較純TiO2納米管陣列明顯提高。
　　3.應(yīng)用硬脂酸前驅(qū)體溶液結(jié)合熱處理的方法制備了粒徑約50 nm的LaFeO3納米顆粒;采用超聲輔助浸漬的方法制備了將LaFeO3納米顆粒修飾于TiO2納米管陣列表面。光催化降解MB水溶液的結(jié)果表明，可