RGO-TiO2復合材料及氟化改性TiO2的合成與光催化性能研究.pdf

1、在大量的光催化材料中,TiO2因其成本低、無污染、高效穩(wěn)定等諸多優(yōu)點而成為當前應用前景看好的光催化劑。但是,TiO2在光催化反應中光生電子與空穴極易復合、量子效率低這一不足直接地限制了在光催化領域的應用。
　　為了提高TiO2的光催化活性,需要提高量子效率,抑制光生電子與空穴的復合。通過對TiO2進行非金屬離子的摻雜修飾改性,可有效地延長光生電子與光生空穴對的壽命,增強 TiO2的光催化氧化能力。此外,由于石墨烯在導電、導熱及光學

2、等方面具有優(yōu)異的性能,石墨烯在改善TiO2光催化的應用中備受關注。因此,本文中選用了石墨烯及非金屬元素氟對TiO2進行改性研究,其主要研究結果如下:
　　(1)以鈦酸四丁酯、氫氟酸為原料,采用溶劑熱法合成了氟化改性 TiO2微球,該微米球呈部分空心結構。通過研究和比較反應不同時間及不同 F/Ti摩爾比下所得樣品,探討了反應時間及初始F/Ti摩爾比對氟化氟化改性TiO2微球的影響。結果表明:TiO2空心微球由奧斯瓦爾德熟化效應獲得,

3、同時氫氟酸的存在也會對TiO2空心結構產(chǎn)生一定影響。通過XPS、FTIR等分析可知在TiO2的表面氟以化學吸附態(tài)存在,形成≡Ti–F基團。相較與純TiO2,由于氟化改性TiO2微球獨特的空心結構以及TiO2表面的≡Ti–F的存在,氟化改性TiO2微米球的光催化活性有顯著的提高。
　　(2)利用Hummers法合成了氧化石墨烯,并對氧化石墨烯作了相關的微結構表征,對后續(xù)的RGO/TiO2復合物的研究工作做了鋪墊。結果表明:氧化石墨烯

4、表面還有大量的有機含氧官能團,如羧基、羥基、環(huán)氧基等,為后期在石墨烯表面負載生長介孔TiO2納米顆粒提供了大量晶體形核長大的活性位點。
　　(3)以氧化石墨烯、氟鈦酸銨為原料,在硼酸的介入下采用水熱法合成了RGO/TiO2復合物。研究了水熱反應中溫度、時間、初始氧化石墨烯含量等因素對RGO/TiO2復合物的結構及光催化性能的影響。結果表明:提高水熱溫度能促進復合物中TiO2的結晶,增強其復合物的光催化活性;延長水熱時間對復合物中T

5、iO2的結晶性影響不大,但會破壞石墨烯的結構,降低其復合物的光催化活性。綜上確定其最佳水熱反應的條件為水熱溫度180℃、水熱時間6 h。RGO/TiO2復合物的光催化活性隨著復合物中石墨烯比重的增加而提升,且RGO/TiO2復合物光催化活性要高于商品化二氧化鈦 P25。RGO/TiO2復合物的高光催化活性得益于復合物對有機物的強吸附能力、光催化過程的有效光生電子與空穴分離。RGO/TiO2復合物在高效去除甲基橙的進程中,存在吸附-光催化