以納米管鈦酸為前驅(qū)體制備TiO2-石墨烯(碳納米管)及其可見(jiàn)光催化性能研究.pdf

1、以TiO2為主的半導(dǎo)體光催化劑在環(huán)境治理以及太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域有了較好的應(yīng)用，但是TiO2寬的禁帶導(dǎo)致其只能吸收約占太陽(yáng)光4％的紫外光，從而限制了其進(jìn)一步廣泛使用。在各種各樣修飾和改性TiO2的工作中，將碳材料與TiO2復(fù)合以提高它的光催化活性已經(jīng)受到科研工作者越來(lái)越多的關(guān)注。研究結(jié)果表明，將碳材料與TiO2復(fù)合是提高其可見(jiàn)光催化性能的行之有效的方法。碳具有多種形態(tài)，如富勒烯、碳納米管(Carbonnanotubes，簡(jiǎn)稱CNT)、石墨烯(

2、graphene，簡(jiǎn)稱:Gr)等，它們與TiO2形成的復(fù)合物也有很多報(bào)道，但是，以納米管鈦酸(nanotube titanic acid，簡(jiǎn)稱:NTA)為T(mén)iO2前驅(qū)體與這些形態(tài)的碳形成的復(fù)合材料還未見(jiàn)報(bào)道。將NTA衍生的TiO2與碳納米材料復(fù)合有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn):(i)復(fù)合的碳納米材料可以用作光敏劑將電子傳輸?shù)絋iO2表面，亦可以抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合;(ii)碳納米材料和NTA均具有較高比表面積，利于吸附待降解污染物;(iii) N

3、TA衍生的TiO2已經(jīng)顯示出增強(qiáng)的可見(jiàn)光催化性能。因此，我們擬在這方面進(jìn)行探索。本工作中，我們采用水熱法，分別制備了納米管鈦酸/石墨烯(NTA/Gr)、納米管鈦酸/碳納米管(NTA/CNT)復(fù)合材料和由其衍生的二氧化鈦/石墨烯復(fù)合材料(TiO2/Gr)、二氧化鈦/碳納米管復(fù)合材料(TiO2/CNT)，然后分別以甲基橙(MO)和亞甲基蘭(MB)為目標(biāo)污染物，評(píng)價(jià)了這些復(fù)合材料的可見(jiàn)光光催化性能。
　　具體的研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:

4、>　　1、首先分別制備了氧化石墨烯（graphene oxide，簡(jiǎn)稱GO）和NTA，然后以GO和NTA為原料，采用水熱法，制備一系列不同質(zhì)量比的NTA/Gr復(fù)合物。采用X射線衍射(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、熱分析(TA)、紫外可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis DRS)、傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)等手段對(duì)該復(fù)合物進(jìn)行表征。以MO為模擬污染物，評(píng)價(jià)樣品的可見(jiàn)光(λ≥420 nm)光催化活性。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)水熱反應(yīng)，GO被還原為G

5、r，并且形成了NTA/Gr復(fù)合物。當(dāng)水熱反應(yīng)時(shí)間從原來(lái)的3h延長(zhǎng)至24h時(shí)，形成了TiO2/Gr復(fù)合物。相對(duì)于NTA來(lái)說(shuō)，NTA/Gr復(fù)合物和TiO2/Gr復(fù)合物的光催化活性明顯增強(qiáng)，并且隨著復(fù)合物中Gr含量的增加，其可見(jiàn)光活性亦增加。純GO只有吸附作用而無(wú)光催化活性。NTA/Gr復(fù)合物和TiO2/Gr復(fù)合物的較高表觀活性歸因于其對(duì)MO的強(qiáng)吸附能力。
　　2、分別以NTA和CNT為鈦源和碳源，采用水熱方法制備了TiO2/CNT納米

6、復(fù)合光催化劑。分別采用XRD、TEM、UV-Vis吸收譜和N2吸附-脫附等溫線對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)、形貌、光吸收性質(zhì)和比表面積進(jìn)行了表征和評(píng)價(jià)。以MB的光催化降解為指標(biāo)反應(yīng)，在可見(jiàn)光下(λ≥420 nm)，評(píng)價(jià)樣品光催化活性。并對(duì)該光催化反應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行了初步探討。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)24小時(shí)的水熱反應(yīng)，形成了TiO2/CNT復(fù)合物。形成TiO2顆粒的臨界反應(yīng)時(shí)間為3h。本實(shí)驗(yàn)中，該催化劑的可見(jiàn)光催化活性受BET比表面積，CNT含量和水熱反應(yīng)時(shí)間的