TiO-,2-納米管陣列膜的改性、表征及其光電催化性能研究.pdf

1、TiO2納米管陣列膜作為一種新型的納米TiO2材料，由于具有獨(dú)特的、高度有序的陣列結(jié)構(gòu)和良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性以及抗腐蝕性能，引起了人們的極大關(guān)注，已在光催化降解污染物、太陽能電池、氣敏傳感材料、光解水制氫等領(lǐng)域顯示出誘人的應(yīng)用前景。然而，銳鈦礦型TiO2是寬禁帶(Eg=3.2 eV)半導(dǎo)體化合物，在光催化反應(yīng)中只有波長較短的太陽光(λ＜387 nm)才能使其激發(fā)產(chǎn)生光生電子—空穴對，太陽能利用率僅3—4％；另一方面，光生電子—空穴

2、對的復(fù)合率較高也限制了其光催化效率的提高。因此，(1)如何提高TiO2對可見光的吸收，(2)如何提高TiO2光催化效率是實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。 本工作旨在拓展TiO2納米管陣列膜光譜響應(yīng)范圍，抑制光生電子—空穴對的復(fù)合，提高其光催化效率。一方面，采用簡單易行的方法，對TiO2納米管陣列膜進(jìn)行修飾改性；另一方面，采用電化學(xué)輔助的方式，即光電催化，提高光生電子—空穴對的分離效率。利用SEM、XPS、XRD、Raman、UV—

3、vis吸收光譜、光電流譜等技術(shù)對TiO2納米管陣列膜的表面形貌、組成成份、結(jié)構(gòu)、光吸收和光電流等進(jìn)行表征，并通過對亞甲基藍(lán)溶液的光催化降解評價(jià)其光催化活性。通過光電流譜和電化學(xué)阻抗譜考察外加偏壓對TiO2納米管陣列膜光電化學(xué)活性的影響，并通過對苯酚溶液的降解考察其光電催化效率。主要研究進(jìn)展及結(jié)果如下： 1．應(yīng)用電化學(xué)陽極氧化法，以Fe(NO3)3和HF的混合水溶液為電解液在Ti基底上成功制備了Fe3+摻雜的TiO2納米管陣列膜。

4、當(dāng)溶液中Fe(NO3)3濃度低于0.2 mol/I，時(shí)，膜層仍呈高度有序的陣列結(jié)構(gòu)。Fe3+摻雜后TiO2納米管陣列膜具有良好的光電響應(yīng)，紫外可見吸收帶邊發(fā)生了明顯的紅移。光催化降解亞甲基藍(lán)(MB)的結(jié)果表明，F(xiàn)e3+摻雜的TiO2納米管陣列膜在紫外光區(qū)和可見光區(qū)的光催化活性均有一定程度的提高。 2．采用超聲浸漬與光化學(xué)相結(jié)合的方法成功制備了Ag納米顆粒高度分散的、載Ag量可控的TiO2納米管陣列膜。光電流譜的檢測結(jié)果顯示，負(fù)載

5、Ag后TiO2納米管陣列膜光生電子—空穴對得到了有效的分離。載銀TiO2納米管陣列膜的光催化活性相對單純TiO2納米管陣列膜明顯提高。 3．應(yīng)用光電協(xié)同作用的方法研究TiO2納米管陣列膜的光電性質(zhì)。結(jié)果表明，TiO2的晶型結(jié)構(gòu)對其光電化學(xué)活性影響較大，450℃熱處理的TiO2納米管陣列膜具有良好的銳鈦礦晶型，光電化學(xué)活性最高。電化學(xué)阻抗譜的測試揭示了TiO2納米管陣列膜光生電子—空穴對的分離及傳輸特性，外加偏壓減小了界面電荷轉(zhuǎn)移