改性TiO2納米管光電極制備及光電催化降解雙氯芬酸研究.pdf

1、直接利用太陽能為光源的TiO2光催化技術(shù)被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最具應(yīng)用前景的環(huán)境治理技術(shù)，它既解決了能源危機(jī)的困擾，也滿足了污染防治的迫切需求。與薄膜電極相比，陽極氧化法制備的TiO2納米管（TiO2 NTs）因具有較高的表面與體積比及獨(dú)特的尺寸效應(yīng)和良好的光吸收性能引起人們的關(guān)注，在太陽能轉(zhuǎn)換、光解水制氫和污染物去除等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。本論文在制備了高度有序的TiO2 NTs光電極的基礎(chǔ)上，對其開展了貴金屬鈀納米晶與還原氧化石墨烯以

2、及N, S-TiO2納米粒子的改性研究，并對其物理化學(xué)結(jié)構(gòu)與光電化學(xué)性能及光電催化活性進(jìn)行了系統(tǒng)研究?；谏鲜鰞?nèi)容，本論文開展了以下研究工作。
　　為解決粉末態(tài)催化劑不易回收、難重復(fù)使用的問題，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)利用電化學(xué)陽極氧化法在 Ti箔上原位制備了高度有序的TiO2 N Ts光電極，解析了制備工藝參數(shù)對其光催化降解甲基藍(lán)的影響規(guī)律，重點(diǎn)研究了煅燒溫度對TiO2 NTs光電極表觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、表面組成、光電化學(xué)性能及表面羥基演變規(guī)

3、律的影響，探討了TiO2 N Ts光電極光催化降解甲基藍(lán)的機(jī)制。結(jié)果表明：陽極氧化電壓為20V，氧化時(shí)間為2h，氟化銨濃度為0.5 wt％，電解液體系中水的含量為40%（V/V），氧化溫度為40℃，煅燒溫度為500℃時(shí)制備的TiO2 NTs光電極光催化活性最佳，35W氙燈光照120min對甲基藍(lán)的光催化去除率為48.7%。此外，在0.1mol·L-1硫酸鈉電解質(zhì)中加入5mg·L-1甲基藍(lán)溶液之后，TiO2 NTs光電極的光生電流密度和光

4、轉(zhuǎn)化效率分別提高了1.34和1.26倍。另外，·OH是TiO2 N Ts光電極光催化降解甲基藍(lán)的主要活性物種，其貢獻(xiàn)率約為95%，光生空穴僅占0.21%。
　　為克服催化劑載流子復(fù)合機(jī)率高和可見光利用率低的弊端，采用陽極氧化法和兩步電化學(xué)沉積工藝構(gòu)筑了貴金屬鈀納米晶與還原氧化石墨烯修飾的TiO2 NTs（Pd-RGO/TiO2 NTs）光電極，利用掃描電子顯微鏡（SEM）、X-射線衍射（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）及紫外

5、-可見漫反射光譜（UV-vis DRS）等對Pd-RGO/TiO2 N Ts光電極的表觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)、表面組成與光吸收性能進(jìn)行了表征分析。此外，利用電化學(xué)工作站對光電極的光電化學(xué)性能進(jìn)行了分析，并利用熒光光譜性質(zhì)對Pd-RGO/TiO2 N Ts光電極表面羥基的演變規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：陽極電沉積 RGO的最佳電壓為+0.8V，時(shí)間為10min；陰極電沉積Pd0的最佳電壓為-0.8V，時(shí)間為10min。此時(shí)，構(gòu)筑的Pd-RGO/T

6、iO2 NTs光電極對甲基藍(lán)的光催化去除率為73.6%。此外，經(jīng)過表面修飾P d0與RGO之后，TiO2 N Ts光電極的光電流密度、載流子濃度與光電催化活性得到顯著提高。
　　為進(jìn)一步提高催化劑可見光響應(yīng)范圍與載流子分離效率，組合陽極氧化法和蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝策略構(gòu)建了N、S共摻雜TiO2納米粒子修飾的TiO2 NTs（N, S-TiO2/TiO2NTs）光電極，利用SEM、XRD、XPS及UV-vis DRS等對N, S-TiO2

7、/TiO2 N Ts光電極的表觀形貌、組成結(jié)構(gòu)及光吸收性能進(jìn)行了表征，利用電化學(xué)工作站對其光電化學(xué)性能進(jìn)行了分析，并利用熒光光譜性質(zhì)對其表面的羥基生成規(guī)律進(jìn)行了研究，并闡釋了N, S-TiO2/TiO2NTs光電極光催化降解甲基藍(lán)的機(jī)制。結(jié)果表明：當(dāng)硫脲添加量為1.25%，浸漬次數(shù)為3次，焙燒溫度為500℃時(shí)制備的N, S-TiO2/TiO2NTs光電極光催化性能最佳，其對甲基藍(lán)的光催化降解為59.7%。此外，N, S-TiO2納米粒子

8、修飾之后，TiO2NTs光電極的可見光吸收性能與光電化學(xué)性能及載流子分離效率顯著增加，從而導(dǎo)致光催化性能得到提高。
　　最后，以水中藥品及個(gè)人護(hù)理品雙氯芬酸為目標(biāo)物，研究了改性TiO2 NTs光電極的光電催化性能。結(jié)果表明：Pd-RGO/TiO2NTs與N, S-TiO2/TiO2NTs光電極對雙氯芬酸的光催化去除效率分別為58.4%與61.4%。此外，外加+0.4 V偏壓也明顯增加了N, S-TiO2/TiO2NTs光電極對雙氯