TiO2納米棒及改性TiO2納米顆粒的光催化性能研究.pdf

1、作為最有前景的光催化劑，TiO2納米材料不僅在解決越來越嚴重的環(huán)境污染問題中發(fā)揮著至關重要的作用，而且還通過光伏設備和水分解制氫裝置有效利用太陽光能，承擔著減緩能源危機的重任。但TiO2的一些固有缺陷限制了它的光催化性能，例如禁帶較寬對可見光的利用率低，光生電子—空穴對復合速率較快等。基于此，本論文展開了對高催化活性TiO2納米材料的制備和功能碳材料對TiO2修飾改性方面的研究，并利用X射線粉末衍射儀、掃描電子顯微鏡、能量色散X射線光譜

2、儀、透射電子顯微鏡、拉曼光譜、紫外—可見吸收光譜、比表面積測試和以羅丹明B溶液作為目標降解物的光催化測試等表征技術對樣品進行了分析。本論文的研究結果主要包括：
　　(1)采用低溫水熱法，以商用金紅石型TiO2粉末為原料，在強堿性條件下制備了單相銳鈦礦型TiO2納米棒。實驗結果表明：水熱反應后得到的是團絮狀鈦酸鹽，經(jīng)過不同溫度煅燒，在500?C時完全轉變?yōu)閱蜗噤J鈦礦型TiO2，其形狀是直徑約為20 nm，長度為100~200 nm的

3、納米棒，生長均勻，表面光滑，且尖端為不規(guī)則三角形狀。在光催化性能測試中，產(chǎn)物樣品的光催化性能隨著煅燒溫度的升高而增強。
　　(2)采用一步水熱法，通過葡萄糖水熱碳化與鈦酸四丁酯水解的混合過程，制備出光催化性能很好的碳摻雜TiO2樣品。研究了葡萄糖添加量及溶液酸堿度對催化劑性能的影響以及葡萄糖分子在反應體系中對TiO2不同晶型成核和生長的影響。實驗結果表明：不論溶液呈酸性還是堿性，TiO2都是以兩種不同晶型存在，即銳鈦礦型和板鈦礦型

4、；溶液呈強堿性時，產(chǎn)物樣品的光催化效果最好；而在強堿性條件下，隨葡萄糖添加量的變化，TiO2的晶型會受到影響。當葡萄糖的添加量為5％時，板鈦礦型消失，只剩銳鈦礦型TiO2；同時，隨葡萄糖添加量的增加，碳摻雜TiO2樣品的催化性能增強，但當葡萄糖的添加量超過最佳量后，催化劑樣品的催化性能下降。在本實驗中，溶液pH為12，葡萄糖添加量為1%時，所制備的碳摻雜TiO2催化劑樣品表現(xiàn)出最好的催化效果。
　　(3)以氧化石墨烯和TiCl3為

5、原料，在酸性條件下經(jīng)一步水熱法制備得到了RGO/TiO2復合材料。實驗結果發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯與TiO2復合后，不僅可以改變TiO2的晶型，還可以改變TiO2的形貌，從而影響其光催化性能。通過降解羅丹明B溶液測試RGO/TiO2復合材料的光催化性能，結果表明：與純TiO2相比，RGO/TiO2復合材料表現(xiàn)出更好的光催化性能，但氧化石墨烯含量的多少對RGO/TiO2復合材料的光催化性能也有非常大的影響。在本實驗中，氧化石墨烯含量為1%時。RGO