功能化TiO2納米管陣列的制備及光催化應用研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)因其廉價、無毒無害、高效率、低成本、化學惰性和耐光腐蝕等優(yōu)異性能,是目前最具有潛在應用價值的光催化劑。然而,它的禁帶寬度較寬僅吸收到達地球表面太陽光5％的紫外光,同時TiO2還存在光生電子-空穴對高的復合率和對有機物吸附較差等缺點。目前報道用來解決上述問題主要有以下途徑:離子摻雜或者貴金屬沉積來提高光催化作用中光生載流子的分離和傳輸;半導體復合來提高系統(tǒng)的電荷分離及擴展TiO2光譜響應范圍;表面疏水改性如表面分子印記

2、提高TiO2對有機物的吸附能力。
　　 陽極氧化法制備的TiO2納米管(TiO2 NT)陣列具有比表面積大、管徑可調(diào)、物理結(jié)構(gòu)規(guī)整、化學性質(zhì)穩(wěn)定、回收方便、可多次循環(huán)利用等優(yōu)點,引起了更為廣泛的關(guān)注。本論文,我們采用:(1)三元體系Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ2族的CulnS2半導體修飾的TiO2 NT(CuInS2-TiO2 NT),拓寬了TiO2 NT在可見光區(qū)的吸收范圍;(2)分子印跡法對TiO2 NT進行疏水改性,提高了TiO2 NT對目

3、標污染物9-蒽甲酸(9-AnCOOH)吸附能力的同時增強了其光催化活性;(3)通過原位電沉積與光還原技術(shù),在TiO2 NT表面制備大面積、均勻、連續(xù)、透明、高質(zhì)量的石墨烯薄膜。具體研究內(nèi)容如下:
　　 (1)CuInS2-TiO2NT的制備、表征和光催化性能研究:通過脈沖電壓電沉積方法將CuInS2納米粒子修飾到TiO2NT表面上。光電性能測試結(jié)果表明:與未修飾TiO2納米管相比,CuInS2-TiO2 NT的光吸收能力明顯增強

4、;零電流電壓由未修飾時的-0.62 V負移至-0.79 V,降低了光生電子-空穴對的復合率;300個循環(huán)條件下的CuInS2-TiO2 NT光電流最高,光致發(fā)光強度最低,顯示了極好的電子-空穴對的分離效果。160分鐘后,CuInS2-TiO2 NT可以完全去除2,4-D。
　　 (2)表面分子印跡改性TiO2NT的制備、表征、吸附性能和光催化性能研究:采用溶膠.凝膠法在TiO2 NT表面構(gòu)筑一層9-AnCOOH印跡薄膜層(MIF

5、)。通過對比,分子印跡薄膜改性的TiO2NT(MIF-TiO2NT)表現(xiàn)出對目標污染物更好的吸附能力和更高的光催化降解效率。40分鐘后,薄MIF-TiO2 NT完全可去除9-AnCOOH。
　　 (3)石墨烯/TiO2 NT復合物的制備、表征和光催化性能研究:由于電化學還原和光催化還原氧化石墨具有容易操作、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點。本工作采用電化學還原和光還原共同作用,在TiO2 NT表面原位沉積還原的氧化石墨烯薄膜。研究結(jié)果表明