【摘 要】
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有机染料的大量生产和广泛使用所造成的水环境污染问题亟需解决。光催化技术是目前高效治理染料废水的绿色节能方法之一。其中,TiO_2是最有应用潜力的半导体光催化剂之一,然而传统TiO_2的比表面积低、带隙宽和光致载流子易重组等使其在光催化降解染料方面的应用受限。一维(1D)TiO_2纳米结构由于沿纵向尺寸电荷传输快、比表面积较大且便于回收再用而显示出增强的性能。石墨烯作为一种新型碳材料,其与TiO_2
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有机染料的大量生产和广泛使用所造成的水环境污染问题亟需解决。光催化技术是目前高效治理染料废水的绿色节能方法之一。其中,TiO2是最有应用潜力的半导体光催化剂之一,然而传统TiO2的比表面积低、带隙宽和光致载流子易重组等使其在光催化降解染料方面的应用受限。一维(1D)TiO2纳米结构由于沿纵向尺寸电荷传输快、比表面积较大且便于回收再用而显示出增强的性能。石墨烯作为一种新型碳材料,其与TiO2的结合可有效改善TiO2的不足,提升其光催化性能。本文首先在一步溶剂热法条件下调控Li+的加入量,成功制备了具有理想纳米结构的TiO2纳米带/还原氧化石墨烯(TG)复合材料。表征结果表明2D还原氧化石墨烯(r GO)纳米片的引入限制了1D TiO2纳米结构的聚集并推动了TiO2纳米带的自由生长。同时,Li+的加入不仅促进了TiO2纳米带的形成,而且影响了TiO2纳米带在r GO表面的分布。添加适量Li+合成的TG-2表现出最佳的光催化降解活性,甚至优于商业化P25光催化剂。TG-2的优异光催化性能主要归功于均匀TiO2纳米带与r GO之间的协同效应所促进的电荷载流子的有效分离。接着,采用溶液混合与热解相结合的方法制备了TiO2纳米带/氮掺杂石墨烯(TiO2/NG)复合材料。根据表征结果发现200 oC的热解过程使氧化石墨烯有效还原,同时氮原子被证实掺杂到氧化石墨烯中。获得的TiO2/NG复合材料的比表面积明显高于原始TiO2纳米带,其对罗丹明B显示出良好的吸附性能。并且,由于对石墨烯进行氮掺杂可进一步促进复合材料中光生电子的快速转移,故TiO2/NG复合材料在可见光照射下对罗丹明B的降解显示出增强的光催化活性。
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