二氧化鈦基納米光催化劑的合成及其性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)因?yàn)榫哂袃?yōu)異的光催化性能，化學(xué)性能穩(wěn)定，無(wú)毒等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境污染與光電轉(zhuǎn)換方面具有很多應(yīng)用。TiO2屬于寬帶隙半導(dǎo)體(3.2 eV)，對(duì)可見(jiàn)光利用率低，同時(shí)還存在光生電子-空穴對(duì)易復(fù)合，量子效率偏低的問(wèn)題，這些因素限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。通過(guò)元素?fù)诫s，晶面調(diào)控與半導(dǎo)體復(fù)合可以顯著地提高其光催化性能。本文的主要內(nèi)容是通過(guò)簡(jiǎn)單的一步水熱法制備了氮摻雜的TiO2來(lái)拓展其對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)范圍，提高TiO2對(duì)可見(jiàn)光的利用。通過(guò)二硫

2、化鉬(MoS2)與{001}TiO2的復(fù)合來(lái)提高樣品對(duì)可見(jiàn)光的吸收，抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合。
　　我們的工作包括兩方面。首先通過(guò)一步水熱法，制備了具有優(yōu)異可見(jiàn)光光催化性能的氮摻雜TiO2多孔微球。其次通過(guò)兩步水熱法，制備了二維層狀材料MoS2修飾{001}TiO2納米復(fù)合光催化劑。利用XRD、XPS、SEM、BET、DRS等手段進(jìn)行了表征。以羅丹明B(RhB)作為模擬有機(jī)污染物，探究了所制備的 TiO2樣品的光催化性能。分別探

3、究了硝酸與 MoS2的用量對(duì)TiO2的結(jié)構(gòu)、形貌、光學(xué)及光催化性能的影響，并分析了樣品光催化降解過(guò)程機(jī)理及其光催化性能增強(qiáng)的原因。
　　主要內(nèi)容如下：
　　(1)通過(guò)一步水熱法，以硝酸為氮源，鈦酸丁酯為鈦源，制備了氮摻雜的TiO2微球。并調(diào)節(jié)硝酸的用量，探究了其對(duì)TiO2的形貌，光催化性能等方面的影響。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知：隨著硝酸用量的增加，TiO2的形貌逐漸由不規(guī)則形狀變?yōu)槲⑶蛐?。同時(shí)伴隨著硝酸用量的增加，TiO2的光

4、催化性能提高。當(dāng)硝酸用量為1.2 ml時(shí)所制備的氮摻雜TiO2催化劑在可見(jiàn)光的照射下對(duì)RhB的光催化降解效果最好。表明在制備過(guò)程中，硝酸的用量對(duì)TiO2的形貌，光催化性能具有很大的影響。氮摻雜TiO2對(duì)可見(jiàn)光的吸收明顯增強(qiáng)，提高了TiO2的光催化性能。
　　(2)通過(guò)兩步水熱法，制備了MoS2/TiO2納米復(fù)合光催化劑。首先以氫氟酸為形貌控制劑，通過(guò)水熱法合成了具有{001}暴露面的銳鈦礦TiO2納米片。結(jié)果表明：隨著氫氟酸用量的

5、增加，TiO2逐漸形成納米片狀，團(tuán)聚在一起的納米片逐漸分散開(kāi)。當(dāng)氫氟酸用量為2.0 ml時(shí)，所制備的TiO2納米片具有相對(duì)較好的光催化性。結(jié)果表明氫氟酸對(duì)TiO2納米片的形貌具有調(diào)控作用，并且氟離子對(duì) TiO2納米片的{001}面具有穩(wěn)定作用。制備的 TiO2納米片在紫外光的照射下，光催化降解RhB過(guò)程中顯示出了非常好的光催化性能。然后進(jìn)一步用 TiO2納米片與鉬酸鈉、硫脲采用水熱法制備了MoS2/{001}TiO2復(fù)合光催化劑。結(jié)果表