论文部分内容阅读
近年来,环境恶化和能源短缺给人类社会的可持续发展带来了一系列问题,合理设计和应用半导体光催化剂是目前解决环境污染和能源短缺等问题的一种有效方法。二氧化钛(Titanium dioxide,TiO2)半导体材料因其光催化活性高、化学性质稳定、无毒、生物兼容性好等优势在光催化降解有机污染物和光解水制氢等领域有着广阔的应用前景。然而纯的TiO2由于光生电子-空穴易复合、光谱响应范围窄等缺陷使其在实际应用中受到了限制。构建纳米异质结是一种有效的改性方法,其内建电场的形成为光生电荷分离提供了驱动力,能够有效抑制光生电子-空穴对的复合。为了提高纳米TiO2的光催化活性,本论文通过构建TiO2混晶异质结和TiO2@MWCNTs核壳异质结来对TiO2进行改性。采用光催化分解水制氢和降解有机污染物罗丹明B(RhB)及亚甲基蓝溶液(MB)分别对材料的光催化活性进行了评价,考察了影响材料光催化活性的因素。具体工作如下所示：1.采用溶剂混合再煅烧的方法,以三聚氰胺水溶液为混合介质,得到了具有混晶异质结的TiO2微纳米材料,该材料为均匀负载金红石纳米颗粒的锐钛矿纳米片组装的三维分级结构。利用SEM、TEM、XRD、BET、XPS、DRS等技术研究了分级混晶TiO2微纳米材料形貌和性质。通过降解亚甲基蓝溶液对材料的光催化性能进行了评价,并对材料光催化活性提升的机制进行了分析。2.采用水热-煅烧的方法,以TiCl4乙醇溶液为前驱体,制备了TiO2均匀包覆MWCNTs的TiO2@MWCNTs一维异质结复合材料,可调节TiCl4乙醇溶液的浓度获得不同厚度的TiO2包覆层。利用SEM、TEM、XRD、Raman、BET、XPS、DRS、PL等技术研究了TiO2@MWCNT一维异质结的形貌和性质。通过光催化降解有机染料罗丹明B、亚甲基蓝溶液和催化水分解制氢分别评价了该材料的光催化氧化和还原性能,探讨了不同TiO2厚度层对材料的光催化性能的影响。3.采用一步水热的方法,以TiCl4水溶液为前驱体,尿素作为沉淀剂,制备了TiO2@MWCNTs一维异质结复合材料,该方法具有无需后续煅烧等优点,从一定程度上避免的材料的硬团聚。利用SEM研究了影响该材料生长的因素,最后通过降解亚甲基蓝溶液对材料的光催化活性进行了评价。