BiOBr/TiO_2异质结纳米材料的制备及光催化性能研究

【摘要】：作为目前应用最广泛的光催化剂,TiO_2具有相对较大的禁带宽度(约为3.2eV),只有能量较高的紫外光才能被其利用,然而太阳光中紫外光的成分仅仅只有3%-5%,太阳能利用率低;光生电子和空穴的高复合率导致其量子效率相对较低,进一步抑制了TiO_2的光催化活性。对TiO_2进行改性和掺杂,提高太阳能利用率和量子效率,或者寻找和发展更为高效的新型光催化剂是光催化领域发展的大趋势。本研究以钛白粉和10mol/L的NaOH溶液为原料,180℃水热48h后经盐酸浸泡制备钛酸纳米带,然后将样品在一定浓度的硫酸溶液中进行二次水热反应,实现对纳米带的刻蚀。本研究考察了酸刻蚀过程对材料晶型、形貌、比表面积及光催化降解甲基橙的影响。以经酸刻蚀的TiO_2纳米带为前驱物,常温下采用原位沉淀法成功制备出可见光响应BiOBr/TiO_2异质结纳米材料,利用X射线衍射、场发射扫描电镜、场发射透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射以及荧光光谱等多种测试手段对所制备的催化剂进行了表征分析。为了得到相对较好的光催化活性,以20mg/L的罗丹明B(Rh.B)溶液为目标降解污染物,分别考察了控制不同质量比(m(BiOBr)/m(TiO_2))合成的异质结材料的光催化性能。结果表明,酸刻蚀的TiO_2纳米带特征衍射峰更强,说明结晶度更好;同时,材料表面明显变粗糙,为光催化反应提供了更大的比表面积和活性位。实验结果表明,经酸刻蚀的TiO_2纳米带表现出相对较好的光催化活性,质量比为1:1的异质结样品BiOBr/TiO_2-1.0被证明是最佳的质量比例,经过循环利用仍表现出较好的催化活性和稳定性,同时提出了一种可能的光催化机理。