微/纳米结构复合型TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能研究

【摘要】： 半导体TiO_2光催化剂在空气净化、污水处理、自洁净玻璃、防雾和抗菌等领域具有广阔的应用前景。目前,TiO_2光催化剂还存在光催化活性较低以及对太阳光的利用率很低等难题。近年来,TiO_2光催化剂的改性技术得到了迅速发展,包括半导体复合、过渡金属离子掺杂、非金属掺杂、贵金属沉积、表面光敏化等方法。 本论文针对纳米TiO_2的缺点,重点研究纳米TiO_2与其它半导体的复合,利用表面吸附层反应成功地将纳米TiO_2与ZnO和CuO复合,制备了微/纳米结构的ZnO/TiO_2和CuO/TiO_2复合物,并对其光催化活性进行了研究。主要内容如下: 第一,综述了半导体光催化剂TiO_2的光催化反应机理,以及TiO_2光催化剂的研究进展及其应用。 第二,为了使得光生电子和光生空穴的寿命延长,提高TiO_2的光催化活性,将其与禁带宽度相近的ZnO复合。以Zn(Ac)2和NaOH为原料,采用湿法合成微米尺寸的花状和棒状的ZnO微晶,将其作为纳米TiO_2的载体,利用表面吸附层反应成功地制备了微/纳米结构的ZnO/TiO_2复合物。 第三,为了拓宽TiO_2光催化剂的光响应范围,并且能更好的分离e~--h~+对,提高光催化量子产率,将其与禁带宽度较窄的CuO复合。以CuSO_4·5H_2O、NaOH和C_6H_(12)O_6为原料,在常压下70℃时,不加任何添加剂的情况下,制备微米尺寸的球状和立方块状Cu_2O微晶,经热处理后得球状和立方块状CuO,将其作为纳米TiO_2的载体,利用表面吸附层反应成功地制备了微/纳米结构的CuO/TiO_2复合物。 第四,通过光催化实验,验证复合光催化剂的光催化活性。以甲基橙为模拟废水,将微/纳米结构的ZnO/TiO_2和CuO/TiO_2复合物与甲基橙溶液混合均匀,分别经高压汞灯或日光灯照射反应,研究其光催化性能。实验结果得出了花状和棒状ZnO/TiO_2复合催化剂分别是摩尔比为1:3和1:1的光催化活性最好;球状和立方块状CuO/TiO_2的复合催化剂均为复合比例为2:1的光催化性能最好。并用催化活性最好的催化剂研究不同浓度的催化剂、不同甲基橙初始浓度对光催化效果的影响。