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石墨烯基复合物修饰二氧化钛纳米管阵列与应用

滕雅蓉  
【摘要】:光催化降解水中污染物是解决环境污染的有效方法之一,二氧化钛作为一种最具潜力的光催化剂,因其禁带较宽且光生载流子复合率高而难以实现广泛的应用。本研究成功实现了对二氧化钛纳米管阵列(TiO_2NTs)的改性,将具有较强电子转移与储存能力的石墨烯作为光生电子的载体,从而有效抑制光生电子-空穴的复合。同时研究了金属、半导体对石墨烯基二氧化钛的进一步改性,更有效地提高了复合材料的光催化活性。具体研究内容如下: (1)银/石墨烯-二氧化钛体系:在TiO_2NTs表面原位电沉积制备高质量的石墨烯薄膜(RGO),再通过光还原制备银纳米粒子(Ag NPs)从而获得三元复合材料。结果表明:与未修饰或单一修饰的TiO_2NTs相比,Ag/RGO–TiO_2的光吸收带明显发生红移且吸收强度增大,而光电流和光催化效率都是最高的。在160min后Ag/RGO–TiO_2对2,4–D的去除效率为96.3%,分别是未修饰TiO_2NTs、Ag–TiO_2NTs及RGO–TiO_2NTs的11.3、4.5和3.3倍。 (2)金/石墨烯–二氧化钛体系:采用循环伏安法在TiO_2NTs表面共沉积Au和RGO,获得Au纳米颗粒与RGO薄膜相间分布的层状结构。结果表明所制备的复合材料光催化能力最高,在120min内对Cr(Ⅵ)去除效率达79%(未修饰的TiO_2NTs仅为40%)。而当进一步采用共同降解的方法同时光催化2,4–D和Cr(Ⅵ)时,在相同时间内几乎能实现对Cr(Ⅵ)的完全还原。 (3)硫化镉/石墨烯-二氧化钛体系:一步共沉积获得CdS/RGO-TiO_2,并表征了复合材料的表面形貌、晶体结构、光催化性能,且重点考查了该复合材料的光稳定性。在光催化100min后,CdS/RGO–TiO_2对亚甲基蓝的去除效率几乎达100%,而CdS–TiO_2为90%,继续光照到900min,CdS/RGO–TiO_2对亚甲基蓝去除效率几乎无变化,而CdS–TiO_2降低到75%,结果表明该体系有效解决了硫化镉系列材料光腐蚀问题,具有很高的实际应用价值。


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