二氧化鈦表面異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建及其光催化性能研究.pdf

1、隨著光催化技術(shù)的發(fā)展，光催化技術(shù)已經(jīng)被越來越多的人認可并用于去解決能源危機和環(huán)境污染的問題。改善光催化技術(shù)的核心在于提升光催化劑的光催化活性。相較于其他光催化半導(dǎo)體而言，TiO2因其具有無毒、穩(wěn)定、高耐腐蝕性、生物相容性、廉價等優(yōu)點，使其在光催化應(yīng)用中得到更為廣泛的應(yīng)用。然而，采用TiO2作為催化劑往往會因為光生電子-空穴復(fù)合較快以及對可見光沒有響應(yīng)（因其禁帶寬度較寬，3.2eV），導(dǎo)致量子效率較低，表面異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建是用來解決上述問題的

2、重要手段之一。本研究通過從維度、晶面以及能級三個角度出發(fā)，設(shè)計了三種新型TiO2表面異質(zhì)結(jié)材料，通過SEM、TEM、XRD、Raman、Uv-Vis和XPS分別對材料的微觀形態(tài)、晶格結(jié)構(gòu)、晶型、質(zhì)構(gòu)特性、帶隙以及材料表面化學(xué)狀態(tài)等方面進行了表征，并通過光催化降解、光催化制氫以及光電流對材料的光催化性能進行了測試，具體研究內(nèi)容歸納如下：
　　（1）材料維度角度：采用水熱法通過將零維（0D）的TiO2納米顆粒（NP）負載到一維（1D）

3、TiO2納米線(NW)表面制備了一種新型的0D/1D表面異質(zhì)結(jié)，制備的NP與NW都同是銳鈦礦型TiO2，并且表面都暴露了｛101｝晶面，這排除了不同晶型與不同晶面導(dǎo)致材料費米能級不同的可能，材料的不同維度以及緊密接觸是構(gòu)建0D/1D表面異質(zhì)結(jié)的主要原因。制備異質(zhì)結(jié)材料相較于純的NP和NW具有更好的光催化性能，其中NP與NW的比例是影響0D/1D異質(zhì)結(jié)性能的重要因素，當NP與NW的質(zhì)量比為50：50時，異質(zhì)結(jié)的光催化性能表現(xiàn)最佳，主要表現(xiàn)

4、為優(yōu)異的降解循環(huán)性能（6次循環(huán)降解后降解率仍然能達到93％），以及用于降解羅丹明B（降解速度是NW的兩倍）和光催化制氫（光催化產(chǎn)氫速率是NW的5倍）都表現(xiàn)出更高的活性。
　　（2）材料晶面角度：在維度基礎(chǔ)上，進一步考慮了不同晶面對異質(zhì)結(jié)材料性能的影響。采用水熱法將TiO2納米顆粒（NP）負載到TiO2納米棒（NR）表面制備了一種新型的{101}/{100}表面異質(zhì)結(jié)，研究結(jié)果表明制備的NP表面暴露的是能量較低的{101}晶面，NR

5、暴露的是能量相對較高的{100}晶面，雖然NP與NR都是銳鈦礦型TiO2，但是不同維度以及不同晶面的差異導(dǎo)致兩者的費米能級卻出現(xiàn)明顯的不同。制備的異質(zhì)結(jié)材料相較于純的NP和NR具有更好的光催化性能，NP與NR的比例是影響{101}/{100}表面異質(zhì)結(jié)性能的重要因素，當NP與NR的質(zhì)量比為50：50時，異質(zhì)結(jié)的性能表現(xiàn)最佳。主要表現(xiàn)為優(yōu)異的降解循環(huán)性能（6次循環(huán)降解后降解率仍然能達到99%），以及用于多種有機污染物，例如甲基橙、亞甲基藍

6、、羅丹明B、孔雀石綠、雙酚A（其中對于甲基橙降解速度是NR的4倍）和光催化制氫（光催化產(chǎn)氫速率是NR的13倍）都表現(xiàn)出更高的活性。值得注意的是，結(jié)合了維度與晶面兩個因素的異質(zhì)結(jié)相較于方案一中的維度異質(zhì)結(jié)在整體催化性能上有了很大提高。
　?。?）材料能級角度：在維度基礎(chǔ)上，考慮材料自身能級不同對異質(zhì)結(jié)材料性能的影響，采用沉淀沉積法將Au與Cu逐步沉積在TiO2納米片（TiNs）表面，制備了Au-Cu/TiNs表面異質(zhì)結(jié)。研究結(jié)果表明