TiO₂納米材料以其良好的物理化學(xué)穩(wěn)定性、出色的光學(xué)性質(zhì)、無(wú)毒且成本低廉等優(yōu)勢(shì),已廣泛應(yīng)用于解決與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān)的能源問(wèn)題和環(huán)境問(wèn)題。盡管Ti O2的光催化研究已取得長(zhǎng)足進(jìn)步,然而在性能方面,由于其光生載流子的快速?gòu)?fù)合和較窄的光響應(yīng)范圍等限制了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文通過(guò)構(gòu)建Ti O2與其他半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu),制備了幾種具有特殊結(jié)構(gòu)的新型Ti O2基納米復(fù)合材料,并研究了其在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用。（1）開(kāi)發(fā)了一種具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的Ti O2/Cd S復(fù)合材料并用于光催化降解羅丹明B反應(yīng),取得了可見(jiàn)光下光催化性能的提升;（2）合成了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4@Si O2@Ti O2/Mo S2納米復(fù)合材料,并提高了材料的光催化性能和磁性可回收性能;（3）制備了一種具有中空結(jié)構(gòu)的1T/2H-Mo S2修飾的介孔Ti O2納米球,并對(duì)其結(jié)構(gòu)、形貌以及光催化降解性能進(jìn)行了探究分析;（4）合成了一種具有雙殼層結(jié)構(gòu)的Ti O2/g-C3N4納米空心球,取得了可見(jiàn)光下催化降解亞甲基藍(lán)的性能提升,并探索了其性能提升的原因。 

【文章來(lái)源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：112 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

Ti O2的四種晶相結(jié)構(gòu):(a)金紅石相,(b)銳鈦礦相,(c)板鈦礦相,(d)Ti O2(B)相[36]。

光催化,顧名思義,是由光化學(xué)和催化化學(xué)組成,研究對(duì)象多以半導(dǎo)體為主,且半導(dǎo)體的光催化活性取決于其能帶結(jié)構(gòu)。由于Ti O2是一種寬帶隙半導(dǎo)體(3.2e V),所以只能吸收380 nm以下的紫外光而受到激發(fā)。光催化機(jī)理如圖1.2所示[52],當(dāng)光照射在Ti O2表面時(shí),價(jià)帶電子因受到激發(fā)而躍遷到導(dǎo)帶,形成導(dǎo)帶電子(e-)和價(jià)帶空穴(h+),即產(chǎn)生電子和空穴對(duì)(光生載流子),它們同吸附在催化劑表面的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)。在光催化過(guò)程中,e-具有強(qiáng)還原性,可以利用其將H2O分解制備氫氣(H2),或者將二氧化碳(CO2)還原成甲烷(CH4)、甲醇(CH3OH)等碳?xì)浠衔?應(yīng)用于清潔能源領(lǐng)域[30,53-55]。與此同時(shí),h+可以憑借其強(qiáng)氧化性,將有機(jī)物氧化成H2O、CO2及其他無(wú)機(jī)小分子,應(yīng)用于環(huán)境領(lǐng)域[56-60]。此外,光生載流子與水中的H+和O2結(jié)合形成具有強(qiáng)氧化能力的活性基團(tuán),如羥基自由基(?OH)、超氧自由基(?O2-)等,這些活性基團(tuán)同樣在光催化過(guò)程中扮演著重要角色。通常,光生載流子在半導(dǎo)體中存在時(shí)間很短,極易自發(fā)復(fù)合,以熱或光的形式釋放出能量。因此,延長(zhǎng)光生載流子的存在時(shí)間能有效地提高光催化性能。2. Ti O2納米材料的光催化應(yīng)用

通過(guò)模擬光合作用,Ti O2光催化在能源領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)在光解水制氫、二氧化碳還原等方面,如圖1.3所示[61]。Fujishima等通過(guò)將貴金屬鉑(Pt)和Ti O2作為電極,在光照下成功將水分解為H2和O2[62]。Yuan等以Ti Cl4為鈦源,尿素為氮源,在高溫煅燒后制備出了氮(N)摻雜Ti O2納米材料,并且探究了煅燒溫度(350-700°C)及N的摻雜量對(duì)提高其在可見(jiàn)光下分解水制H2的光催化活性影響[30]。Zhao等設(shè)計(jì)了一種核殼結(jié)構(gòu)的表面由石墨烯包覆的Pt/TiO2納米材料,石墨烯和Pt的存在有效地提高了Ti O2表面光生電荷的分離效率,使材料對(duì)光催化還原CO2轉(zhuǎn)化為CH4的產(chǎn)率達(dá)到41.3?mol g?1h?1[33]。Yu等報(bào)道了一種含有不同{001}和{101}晶面比例的銳鈦礦相Ti O2納米材料,通過(guò)在{001}和{101}晶面之間構(gòu)建“表面異質(zhì)結(jié)”來(lái)促進(jìn)光生載流子的傳輸,當(dāng){001}和{101}晶面比例為45:50時(shí),其對(duì)光催化還原CO2制備CH4的活性最高[32]。此外,Raziq等報(bào)道了一種構(gòu)建Mn Ox、g-C3N4及Au-TiO2多元體系的納米材料,其在光解水制H2和CO2還原制備CH4上均表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性[54]。(2)Ti O2光催化在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用


本文編號(hào)：2984399