生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦及其光催化性能研究.pdf

1、能源與環(huán)境危機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，充分利用太陽(yáng)能是應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的有效方法。蝶類在幾千萬(wàn)年的自然選擇中進(jìn)化出了非常精美的鱗片微結(jié)構(gòu)來(lái)與太陽(yáng)光相互作用。通過(guò)借鑒大自然中蝶翅鱗片的精妙結(jié)構(gòu)，將其與半導(dǎo)體光催化劑所具有的光催化性能巧妙的相互耦合，可以得到光催化性能更好的生物分級(jí)構(gòu)造光催化劑，從而為充分利用太陽(yáng)能解決能源與環(huán)境問(wèn)題提供新的設(shè)計(jì)思路。
　　本文選取了鳳蝶科的玉斑鳳蝶（Papiliohelenus Linnaeus）、

2、綠帶翠鳳蝶（Papiliomaackii）以及斑蝶科的異型紫斑蝶（Euploeamulciber）共三種不同宏觀和微觀形貌的蝴蝶，以三氯化鈦溶液作為前軀體，使用“浸漬-煅燒”法制備了三種不同蝶翅模板的生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦。
　　通過(guò)XRD、FESEM、TEM、氮吸附以及UV-Vis等方法對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行了晶相與晶粒度、微觀結(jié)構(gòu)、孔徑與孔分布以及光捕獲性能等一系列表征，結(jié)果表明產(chǎn)物均為晶粒細(xì)小均勻的單一銳鈦礦相二氧化鈦，具有適當(dāng)縮小的

3、蝶翅模板的脊-孔介孔分級(jí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)產(chǎn)物還具有均勻分布的微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑約為8 nm左右、分布集中，相比無(wú)模板二氧化鈦，玉斑鳳蝶模板生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦和異型紫斑蝶模板生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦在波長(zhǎng)小于380 nm的紫外光區(qū)光捕獲性能分別提高了35％左右，綠帶翠鳳蝶模板生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦在波長(zhǎng)小于380 nm的紫外光區(qū)光捕獲性能提高了20%左右。
　　對(duì)三種不同蝶翅模板的生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦進(jìn)行了光催化降解結(jié)晶紫實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上以

4、光催化降解結(jié)晶紫效果最好的玉斑鳳蝶蝶翅結(jié)構(gòu)二氧化鈦為例進(jìn)行了光解水制氫性能研究光催化分解水制氫實(shí)驗(yàn)，從而測(cè)試其光催化性能,結(jié)果表明所得生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦可以成功的將結(jié)晶紫大分子共軛體系破壞，將其降解為水、二氧化碳及其他無(wú)污染性的有機(jī)小分子；相比無(wú)模板二氧化鈦，三種生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦光催化降解結(jié)晶紫的效率分別提高了4.3倍、2.6倍和1.9倍；相比無(wú)模板二氧化鈦，同樣的條件下，生物分級(jí)構(gòu)造二氧化鈦的光催化分解水效率提高了7倍左右；沉積