可編織襯底上TiO2納米材料的制備及其光電催化降解污染物的性能研究.pdf

1、半導體光催化技術是解決環(huán)境污染以及能源短缺的最有效方法之一，其發(fā)展關鍵就是獲得高效易回收的半導體光催化劑。目前主要有三類半導體光催化劑。第一種是粉末狀光催化劑，該類光催化劑尺寸小，比表面積較大，通常擁有很高的光催化活性；但是粉末狀導致其回收困難。第二種是在導電襯底(ITO、金屬片等)生長的薄膜狀半導體光催化劑，這種光催化劑可再生，還可以通過施加外電壓提高其催化效率；但是其比表面積相對較低，成本較高。最后一種是無紡布半導體光催化劑，該光催

2、化劑性能好且可再生，但是它易碎。因此，還非常有必要發(fā)展高效和易回收的光催化劑。為了嘗試解決以上問題，以TiO2為半導體的代表，本論文在兩種可編織纖維襯底上制備了TiO2納米材料。這種可編織的TiO2納米材料具有優(yōu)秀的光催化性能，通過編織增加宏觀面積便于回收和應用，還可外加電場提高光催化性能。主要工作內(nèi)容如下：
　　(1)第一種是在碳纖維布上制備TiO2納米棒束陣列，將其作為柔性可編織光陽極。我使用浸漬提拉-水熱生長兩步法，成功地在

3、碳纖維的表面生長了一層十分牢固的 TiO2納米棒束。TiO2納米棒束的頂部形貌是正方形，邊長約為340-400 nm，長度約為6μm。其中，納米棒束由邊長約為30 nm的小納米棒組成。隨后，我將16束成功生長了TiO2的碳纖維編織成了宏觀尺寸的CFs/TiO2布（重量：0.2 g，面積約為35 cm2）。其具有良好的柔韌性與導電性。當我將CFs/TiO2布作為工作電極時，光電化學行為測試證明了我可以通過增加外加電壓來提高光生載流子分離。

4、另外，我還對其進行了光電催化的測試。在模擬太陽光照，外加電壓為0.6 V的條件下，CFs/TiO2布在100分鐘之內(nèi)可以降解94％的羅丹明B。然而在其他條件同等的狀態(tài)下，光催化的效率只能達到60.8%，電催化只能達到5.6%，光電催化的效果超過了兩者的總和，說明了其具有一種協(xié)同效應。循環(huán)測試則證明了其優(yōu)異的穩(wěn)定性及可再生性。
　　(2)第二種是采用陽極氧化法在鈦絲上先制備一層TiO2納米管陣列，隨后經(jīng)過退火處理得到完好的 Ti/T

5、iO2絲。該方法比起第一種制備方法更為簡單，具有更好的應用前景。TiO2納米管的管徑約為85 nm，管長約為10μm。隨后，我將16根相同條件下制備的Ti/TiO2絲編織成網(wǎng)狀（重量：0.25 g，面積約為36 cm2）。在模擬太陽光照，外加電壓為0.6 V的條件下，Ti/TiO2網(wǎng)在2小時之內(nèi)可以降解87.8%的羅丹明B，與第一種材料相同，其比單獨光催化和電催化效率的總和還高。Ti/TiO2網(wǎng)的穩(wěn)定性優(yōu)異，四次循環(huán)測試后效率仍然保持在