TiO2納米復合材料制備及其光催化性能研究.pdf

1、近年來，隨著工業(yè)化快速發(fā)展所引起的環(huán)境問題越來越嚴重，光催化技術作為解決環(huán)境問題的新技術得到廣泛應用。二氧化鈦(TiO2)由于具有化學性質穩(wěn)定，無毒，抗腐蝕性能強，價格低廉等特點，成為當前被廣泛研究的半導體光催化材料，并應用于各類催化反應中。然而，納米二氧化鈦的禁帶寬度較寬（銳鈦礦相3.2eV，金紅石相3.0eV），一方面，只能被波長小于380nm的紫外光所激發(fā)，對太陽光的利用率較低，另外，單純二氧化鈦在光激發(fā)下產生的電子空穴對較容易復

2、合，這較大的限制了二氧化鈦納米材料在光催化領域的應用。為了提高而二氧化鈦納米材料對太陽光能的利用率，采用不同方式對納米二氧化鈦進行改性受到了廣泛研究。當前，低維納米材料由于具有比傳統(tǒng)材料更優(yōu)異的性能和潛在價值而被較多關注，研究發(fā)現(xiàn)通過摻雜、敏化、半導體復合及表面還原處理等方式對二氧化鈦光催化材料進行修飾改性，可以拓展二氧化鈦對太陽光能的響應范圍，并最終達到提高光催化性能的目的。本論文通過半導體復合的方式對二氧化鈦納米材料進行改性，成功制

3、備出CuS@TiO2NW與Ag/AgCl@TiO2NW納米復合材料，研究了改性二氧化鈦納米材料的光催化性能及主要影響因素，并探究了復合材料光催化材料光催化機理。主要研究內容如下:
　　第一，采用兩步水熱的方法，制備出具有一維結構的CuS@TiO2NW納米復合材料，該復合材料的制備主要包括兩個階段，首先通過水熱法制備出二氧化鈦納米線[4]，線狀結構為后續(xù)制備過程提供了較好的附著點。然后，以NaS2SO4·3H2O與CuCl2·2H2

4、O分別作為硫源及銅源，經過混合攪拌后，將二氧化鈦納米線浸入到相同濃度的兩者混合溶液中，在110℃水熱條件下反應10h后，即獲得CuS@TiO2NW納米復合材料。本文探究了對水熱反應溫度以及水熱反應時間對該納米復合結構光催化性能的影響。通過對在不同條件下得到的產物以及單純的二氧化鈦納米線與硫化銅的光催化性能測試，結果發(fā)現(xiàn):在可見光條件下，所制得的CuS@TiO2NW納米復合材料顯示出優(yōu)于單純二氧化鈦納米線以及硫化銅的光催化性能，并且，在水

5、熱反應110℃，10h條件下所得到的納米復合材料的光催化性能相對較好，經過循環(huán)實驗證明了該復合材料良好的循環(huán)穩(wěn)定性。研究表明，該復合材料較高的光催化活性首先源于一維TiO2NW納米結構具有優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能，另外，在光照條件下，CuS納米片能夠有效的對光生電子進行捕獲，并及時促進電子空穴對分離，光生電子壽命得到延長，減少電子空穴對的復合。最終經過CuS納米片對TiO2NW的復合改性，經過CuS對TiO2NW的復合改性，提高了TiO2NW

6、對光生電子的利用率，拓展了其光吸收范圍，提高CuS@TiO2NW納米復合材料的光催化效率，最終表現(xiàn)在對亞甲基藍(MB)的降解率的提高。
　　第二，利用離子吸附法及光還原法制備出Ag/AgCl@TiO2NW納米復合材料。首先，二氧化鈦納米線經過AgNO3溶液以及HCl溶液循環(huán)吸附，后用去離子水洗滌，如此循環(huán)操作兩次后洗滌干燥，得到AgCl@TiO2NW納米復合材料;然后在紫外光條件下光照還原，Ag+被還原成Ag單質，并負載在AgCl

7、納米顆粒上，由此得到Ag/AgCl@TiO2NW納米復合光催化劑。在光照情況下，AgCl被光電子激發(fā)產生電子空穴對，光生電子會有Ag+結合生成Ag0。同時，由于貴金屬（Ag)具有表面等離子共振效應，使其產生的電子空穴分別遷移到TiO2及AgCl，實現(xiàn)了電子-空穴對的有效分離，最終提高了Ag/AgCl@TiO2NW納米復合的光催化性能。本文以甲基橙(MO)模擬污染物，研究了Ag/AgCl@TiO2NW納米復合光催化劑對其降解情況，由于Ag