TiO2納米管陣列環(huán)境功能復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源危機是當(dāng)今影響人類社會生存與發(fā)展的兩大重要問題。TiO2具有優(yōu)良的光學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性并且成本低廉,因此,在光催化領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。然而,由于禁帶寬度大(金紅石相為3.0 eV,銳鈦礦相為3.2 eV),載流子復(fù)合幾率高,以及對有機污染物吸附能力較差,TiO2在實際應(yīng)用中受到嚴重限制。本課題采用陽極氧化法直接在鈦基底上原位制備TiO2納米管陣列(TiO2 NTs),然后分別采用窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬沉積以及石墨烯負載

2、等方式,對TiO2納米管進行改性,以提高其光催化性能。并將其應(yīng)用于光催化氧化有機污染物、還原重金屬以及CO2資源化等方面。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用陽極氧化法制備高度有序的TiO2納米管陣列,煅燒晶化后通過脈沖電沉積技術(shù)在乙二醇(EG)溶劑中制備三維Bi2S3于納米管陣列基底上。通過調(diào)控脈沖電沉積的溫度、電壓和時間等參數(shù),探索結(jié)晶良好、形貌理想的Bi2S3納米材料的制備條件。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)沉積電壓為-1 V或者-2 V,溫度

3、為120℃~125℃時,均能得到形貌獨特的三維Bi2S3納米材料。然而,一定范圍內(nèi),沉積時間對Bi2S3晶體形貌沒有太大影響,其主要影響B(tài)i2S3的負載量。
　　(2)通過脈沖電沉積技術(shù),在二甲基亞砜(DMSO)溶劑中制備出三維銀耳狀多孔Bi2S3晶體修飾的TiO2納米管陣列,構(gòu)建出一種比表面積大、形貌獨特的復(fù)合光催化劑。由于Bi2S3禁帶寬度窄并且結(jié)構(gòu)新穎,復(fù)合后的光催化劑在可見光下展現(xiàn)出良好的吸附性能。模擬太陽光照射下,以Bi

4、2S3/TiO2復(fù)合納米管陣列作為光催化劑凈化2,4-D/Cr(VI)混合廢水,得到理想的光催化凈化效率。2,4-D,一種有毒、穩(wěn)定的芳香族化合物,可以被Bi2S3/TiO2復(fù)合光催化劑上的空穴氧化,同時,高毒性的Cr(VI)可以被光生電子有效的還原為低毒性的Cr(III)。
　　(3)采用改進的Hummer’s法合成氧化石墨,并將其超聲剝離成單層氧化石墨烯膠體分散液。通過電化學(xué)方法將其沉積于 TiO2納米管陣列的同時被還原,形成