论文部分内容阅读
本文以暴露{001}面Ti02基纳米片材料为研究对象,分别采用光沉积法合成MoS2-TiO2(001)纳米材料和采用水热法制备A-TiO2@R-TiO2核壳结构纳米材料(A:anatase,R:rutile)。我们探究了这两种材料的最佳制备条件,最终获得了高性能的光催化剂材料和气体敏感材料。通过对TiO2(001)纳米片进行MoS2材料复合来提高其光催化性能,改善了 TiO2(001)纳米片催化剂光催化效率低、可见光无法利用的缺点。通过对TiO2(001)纳米片进行表面金红石化的改性,解决了纯相TiO2(001)气敏材料灵敏度低、选择性差、工作温度高的不足。具体研究内容如下:本文首先以HF作为表面活性剂,使用水热法制备了暴露{001}面Ti02纳米片,暴露比达72%。随后以(NH4)2MoS4为Mo源,采用光沉积法将MoS2颗粒附着在TiO2(001)纳米片上,制备出了不同Mo/Ti摩尔比的MoS2-TiO2(001)纳米材料。采用XRD、TEM、XPS、BET和UV-vis等测试手段对MoS2-TiO2(001)复合纳米材料的结构、形貌、成分、比表面积和光吸收性能进行了表征。分别以MoS2、TiO2(001)和MoS2-TiO2(001)纳米材料为光催化剂,研究了其光催化降解罗丹明B溶液的光催化活性。实验结果表明,与MoS2和TiO2(001)相比,MoS2-TiO2(001)复合纳米材料在降解罗丹明B时表现出更高的光催化活性,且当MoS2的摩尔含量为25%时,MoS2-TiO2(001)纳米材料表现出最优的光催化性能,仅需30 min就将50 ml的罗丹明B溶液(50 mg/L)全部降解。自由基捕获实验表明光催化降解反应中的主要活性物质是h+(空穴)和·OH(羟基自由基)。最后,我们分析得出25%MoS2-TiO2(001)复合纳米材料光催化活性提高的原因有三点:双异质结和MoS2杂化相的形成导致载流子复合率降低,对可见光利用率提高以及比表面积增加。其次,使用简单可控的一步水热法对暴露{001}面Ti02纳米片材料进行二次处理,制备出A-Ti02@R-Ti02核壳结构纳米片复合材料。我们探索了盐酸浓度和生长时间等实验参数对Ti02锐钛矿型结构上原位形成金红石层厚度的影响。通过使用SEM、TEM、XPS、BET和UPS这五种表征手段,分析了 A-Ti02@R-Ti02纳米材料的形貌、结构、成分、比表面积和功函数。气敏测试结果表明,与TiO2(001)相比,A-Ti02@R-TiO2纳米材料对酒精的气敏响应性能有显著提高,其中气敏性能最优的样品为O.8M 12h A-TiO2@R-TiO2纳米材料(0.8M HCL,水热12h),该材料大幅改善了 TiO2(001)纳米片对酒精的气敏响应性能,包括最佳工作温度降低了 50℃,灵敏度提高2倍,改善的探测极限和增强的酒精选择性。其气敏性能的增强与二氧化钛内部形成的A-TiO2-R-TiO2 n-n型异质结有关,也与其增加的表面吸附氧能力和增大的比表面面积有重要关系。