竹狀A(yù)g-CuO-TiO2納米管陣列光催化劑的制備與應(yīng)用.pdf

1、近年來，環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，并且成為了科學(xué)家們關(guān)注研究的熱點(diǎn)問題。其中，低成本綠色環(huán)保的光催化降解技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)，光催化劑中又以二氧化鈦?zhàn)罹哂写硇?。TiO2所具有的無毒，成本低廉，良好的化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使其在光催化降解處理環(huán)境污染問題方面展現(xiàn)出巨大的潛力。但是，TiO2的缺點(diǎn)限制了其在治理環(huán)境污染問題方面的實(shí)際應(yīng)用。TiO2的禁帶寬度較大和光誘導(dǎo)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)又迅速地復(fù)合，這些都極大地降低了TiO2納米管陣列的光催

2、化效果。為了解決這個(gè)問題，本課題組構(gòu)建了CuO納米片和Ag納米顆粒共同修飾的TiO2納米管陣列(Ag/CuO/TiO2)復(fù)合材料。通過最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來突出多級(jí)納米結(jié)構(gòu)的多重活性位點(diǎn)，這是設(shè)計(jì)一個(gè)模仿自然光合作用的光催化降解體系的關(guān)鍵因素。受到自然界中的竹子形貌的激發(fā)，本課題組做出了竹狀的Ag/CuO/TiO2納米結(jié)構(gòu)。CuO的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)效應(yīng)和Ag納米顆粒的等離子體共振效應(yīng)能夠協(xié)同地促進(jìn)提高材料的光催化活性。本文以電化學(xué)沉積技術(shù)為基礎(chǔ)

3、，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)竹狀A(yù)g/CuO/TiO2納米管陣列三元復(fù)合材料的制備和表征:應(yīng)用簡(jiǎn)單的溶液浸泡法和電化學(xué)沉積方法制備出竹狀的CuO納米片和Ag納米顆粒共同修飾的TiO2納米管陣列(Ag/CuO/TiO2NTs)復(fù)合材料。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了形貌、晶型、表面的元素與價(jià)態(tài)等一系列微觀表征及其光電性能的測(cè)試。結(jié)果表明，CuO和Ag納米粒子可以均勻地分布于二氧化鈦納米管表面和側(cè)面，復(fù)合材料光生電子空穴對(duì)的分離能力優(yōu)于一元(T

4、iO2NTs)和二元(Ag/TiO2NTs和CuO/TiO2NTs)光催化劑，其對(duì)可見光的吸收能力大幅增強(qiáng)，拓寬了光響應(yīng)范圍。
　　(2)竹狀A(yù)g/CuO/TiO2納米管陣列三元復(fù)合材料光催化降解性能的研究:利用制備好的Ag/CuO/TiO2作為光催化劑，并在模擬太陽光下降解2，4-二硝基苯酚(2，4-DNP)來評(píng)估光催化劑的催化性能。結(jié)果表明，三元Ag/CuO/TiO2的光催化活性優(yōu)于未修飾的TiO2納管陣列及二元材料(Ag/T

5、iO2NTs和CuO/TiO2NTs)。復(fù)合光催化劑對(duì)2，4-DNP有很強(qiáng)的吸附作用，在模擬太陽光下照射80 min即可達(dá)到接近100％的去除率，并且總有機(jī)碳(TOC)的去除率高達(dá)80％，同時(shí)證明了光催化降解過程中羥基自由基和超氧基自由基起很大作用。另外，Ag/CuO/TiO2光催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，經(jīng)過五次實(shí)驗(yàn)后依然保持了很高的催化活性。同時(shí)Ag/CuO/TiO2能夠有效降解五氯苯酚(PCP)，2，4-二氯苯氧乙酸(2，4-D)和羅