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TiO_2及石墨烯/TiO_2光催化剂的制备及性能研究

胡枭雄  
【摘要】:二氧化钛作为一种新型无机半导体材料,在降解污染物、治理环境方面有着显著的效果,也是近年来学者研究的重点。二氧化钛有三种晶型结构,其中板钛矿是个亚稳定相,不易合成,故光催化活性存在很大的争议,且学者对混晶的光催化活性也有很多不同的看法。另外,在石墨烯/Ti O2复合材料的合成制备过程中,文献中大多数通过氧化石墨烯与单一钛源直接复合制备,随后还原氧化石墨烯得到石墨烯/Ti O2复合物,并且Ti O2光催化活性的提高程度有限。本文就以上两个方面展开了如下工作:1、不同晶型Ti O2的制备及性能研究本论文以钛酸四正丁酯为钛源、Na F和十二烷基磺酸钠为调控剂,通过水热法制备了纯相锐钛矿Ti O2、纯相板钛矿Ti O2以及板钛矿/锐钛矿混晶Ti O2。SEM说明锐钛矿Ti O2为球状纳米颗粒,而纯相板钛矿和板钛矿/锐钛矿混晶Ti O2为纳米棒状结构。实验中我们以罗丹明B为模拟底物评价了其光催化活性,结果发现,光催化活性由高到低的顺序为:板钛矿/锐钛矿混晶纯相板钛矿纯相锐钛矿。这可能是由于一维棒状结构相较于球状颗粒结构更有利于光生电子和空穴的转移,且因为在混晶中板钛矿的导电能级高于锐钛矿的导电能级,能促进光生电子的迁移造成的。另外,我们还分析了Ti O2纳米棒生长机理。2、石墨烯/Ti O2光催化剂的制备及性能研究本论文以氧化石墨烯为载体,以钛酸异丙酯为前驱体在氧化石墨烯表面沉积Ti O2晶种,然后以氟钛酸铵和硼酸为主要原料,采用上述两种钛源加入通过水热法制备了石墨烯/Ti O2复合物,并以由单一前驱体氟钛酸铵制备的石墨烯/Ti O2复合物作为对比催化剂。结果表明,经水热反应后,氧化石墨烯可被还原为石墨烯,并且由两种钛源制备的复合物中石墨烯的还原程度比单一钛源水解的要高,并且水解后复合催化剂的Ti O2均为锐钛矿球形颗粒,在石墨烯表面附着良好。之后,我们比较了两种复合催化剂的光催化活性,结果发现,采用两种钛源依次水解制备的复合物中由于石墨烯的还原度更高,其对底物甲基橙的吸附量更高,转移Ti O2表面光生电子的能力更强,导致其具有更强的光催化活性。


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