二氧化鈦超細(xì)納米帶晶相調(diào)控及其表面異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化性能的研究.pdf

1、二氧化鈦是一種具有優(yōu)異性能的金屬半導(dǎo)體，因其獨特的性質(zhì)，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，如光催化降解水中有機污染物、光催化產(chǎn)氫和光催化凈化空氣等。TiO2納米帶因其獨特的結(jié)構(gòu)，電子可沿其長軸方向快速傳遞，因而具有具有電子傳輸快的優(yōu)點，且沉降性能好和容易作為載體與其他納米材料復(fù)合被廣泛研究，但目前常見的TiO2納米帶有幾個缺點限制了其應(yīng)用，一是其一般為單相銳鈦礦結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的光生載流子容易復(fù)合，二是尺寸過大，表面積小，光吸收能力差，三是二氧

2、化鈦的寬禁帶特性，使得其光的吸收譜帶僅僅集中于可見區(qū)。為了克服TiO2納米帶的解決上述缺陷，本文提出制備超細(xì)納米帶，并通過晶相調(diào)控以及表面組裝具有可見光催化作用的第二相，實現(xiàn)高效寬譜光催化劑。
　　本文的主要內(nèi)容是在通過溶劑熱法制備具有大量光催化活性暴露面的超細(xì)TiO2納米帶，在此基礎(chǔ)上制備了TiO2納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)并對樣品的光催化性能進(jìn)行了研究。
　　本論文的主要內(nèi)容如下：
　　1.以鈦酸四丁酯為鈦源，醋酸/N，N-二甲

3、基甲酰胺(DMF)為有機溶劑，通過調(diào)控有機溶劑的體積比，采用一步溶劑熱法成功合成了銳鈦礦-金紅石雙相超細(xì)二氧化鈦(U-TiO2)納米帶。對U-TiO2納米帶的XRD圖譜進(jìn)行精修，結(jié)果顯示所合成的U-TiO2納米帶中銳鈦礦和金紅石所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為90.8wt％和9.2wt％。掃描電鏡和透射電鏡圖片顯示U-TiO2納米帶的長度約為200-300nm，寬度為10-20nm，厚度在5nm以下，其主要的暴露面是具有較好紫外光催化效果的銳鈦礦晶

4、面(010)，具有大的比表面積，約為98.5m2·g-1,且自沉降性能更好。分別對商業(yè)二氧化鈦P25、堿式水熱法制備的二氧化鈦(H-TiO2)納米帶和U-TiO2納米帶在紫外光下進(jìn)行了光催化測試，發(fā)現(xiàn):H-TiO2納米帶光催化性能最差，U-TiO2納米帶光催化性能優(yōu)于P25。超細(xì)納米帶的優(yōu)異的光催化性能主要來自于其大的比表面積和高活性暴露面引起的對光的有效吸收和轉(zhuǎn)化效率的提高，以及存在的雙晶相引起的光生載流子的有效分離。
　　2.

5、以U-TiO2納米帶基質(zhì)，通過光還原法在常溫下制備了等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的四種貴金屬/U-TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)，分別為Au/U-TiO2,Ag/U-TiO2,Pt/U-TiO2,Pd/U-TiO2,Au、Pt和Pd納米顆粒平均尺寸在5nm以下，Ag納米顆粒的直徑為10-20nm。通過光譜性能測試顯示，四種貴金屬/U-TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光響應(yīng)范圍均有所提高。光催化產(chǎn)氫測試結(jié)果顯示，Pd/TiO2具有最好的產(chǎn)氫效果，產(chǎn)氫速率約為1487μmo

6、l·h-1·g-1,最差的為Ag/U-TiO2,可能與Ag納米顆粒尺寸大，催化活性位點低有關(guān)。
　　3.以U-TiO2納米帶基質(zhì)，通過化學(xué)沉淀法在常溫下制備了具有不同PdO質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1 wt％、2wt％、3wt％和4wt％）的PdO/U-TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)。透射電鏡圖片顯示，PdO納米顆粒在U-TiO2納米帶表面分布均勻，平均尺寸僅為1.34nm。與單純的U-TiO2納米帶相比，所制備的催化劑對甲基橙（提高2倍）、羅丹明B和2

7、,4-二氯苯酚具有優(yōu)異的紫外光催化降解性能、模擬太陽光下優(yōu)異的產(chǎn)氫性能（提高60倍）和顯著的光電化學(xué)性能。異質(zhì)結(jié)構(gòu)的突出的光催化性能來源于PdO/U-TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶匹配引起的載流子分離以及PdO本身的可見光催化與TiO2超細(xì)納米帶的紫外光催化的協(xié)同作用。
　　4.以U-TiO2納米帶基質(zhì)，以四硫代鉬酸銨為鉬源，采用水熱法成功制備出了MoS2納米片及MoS2/U-TiO2納米帶異質(zhì)結(jié)構(gòu)。 MoS2以U-TiO2納米帶為

8、核心，以幾層片狀形式包覆于U-TiO2納米帶表面形成復(fù)合結(jié)構(gòu)且依然保持帶狀結(jié)構(gòu)。對MoS2/U-TiO2納米帶進(jìn)行光催化性能分析，結(jié)果表明，與MoS2納米片和U-TiO2納米帶相比，此異質(zhì)結(jié)構(gòu)在紫外光及可見光下光催化降解羅丹明B的活性均有所提高。這是由于MoS2與U-TiO2的能帶匹配，MoS2與U-TiO2的復(fù)合拓寬了催化劑的光響應(yīng)范圍，且有效地抑制了光生載流子的再復(fù)合，從而提高了催化劑的光催化活性。
　　綜上所述，本文采用溶劑