TiO2納米棒陣列薄膜的制備、改性及光催化性能的研究.pdf

1、目前，環(huán)境污染問題已經(jīng)成為全球性的重大問題，為解決當(dāng)前日益嚴(yán)重環(huán)境污染并且實現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，半導(dǎo)體光催化技術(shù)被人們關(guān)注。半導(dǎo)體光催化材料能將低密度清潔的太陽能資源轉(zhuǎn)化為電能或者化學(xué)能資源，光催化材料能利用光能將有機污染物降解和轉(zhuǎn)換，成為二氧化碳和水，因此，半導(dǎo)體光催化材料在環(huán)境污染治理方面的應(yīng)用研究已經(jīng)開展。在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，TiO2以穩(wěn)定性高、成本低廉和易于合成等諸多優(yōu)點，成為半導(dǎo)體光催化的熱點。然而，TiO2本身還存

2、在很多缺陷，如粉末狀TiO2在應(yīng)用中不利于回收再利用，TiO2只對紫外光有響應(yīng)，處理污染物易造成二次污染等問題，因此制備可見光光催化性能良好，易于回收利用的TiO2催化劑成為解決這一問題的關(guān)鍵。
　　本論文通過對TiO2納米棒薄膜結(jié)構(gòu)的調(diào)控以及復(fù)合Fe2O3和沉積Ag等途徑改性TiO2光催化薄膜材料，并采用XRD、拉曼光譜、XPS、SEM、TEM、UV-vis等測試方法對TiO2納米棒薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。
　　首先，本文以導(dǎo)

3、電玻璃(FTO)為模板，在鈦酸丁酯濃度為0.05mol/L和水熱反應(yīng)時間為20h的條件下，成功制備了TiO2納米棒陣列薄膜。表征結(jié)果表明，合成TiO2薄膜材料具有一維棒狀結(jié)構(gòu)，TiO2納米棒為金紅石型，應(yīng)用于降解活性紅X-3B染料，6h光降解率達(dá)到85.94％，納米薄膜材料重復(fù)利用性能高，薄膜與FTO基底結(jié)合緊密，不脫落。
　　以制備的TiO2為模板劑，在水熱條件下合成復(fù)合半導(dǎo)體Fe2O3/TiO2的薄膜材料，從而改善薄膜材料的光

4、催化效果，提高材料在光催化時電子-空穴的分離能力。SEM表征結(jié)果顯示，F(xiàn)e2O3生長于TiO2表面并呈現(xiàn)塔狀;在光催化條件下，F(xiàn)e2O3/TiO2納米棒薄膜對活性紅X-3B的降解率高于純TiO2納米棒薄膜，6小時達(dá)到96.17％;阻抗測試表明復(fù)合材料電阻值更小，更有利于光生電子的傳輸并促進(jìn)光生電子-空穴的分離;線性伏安測試表明，復(fù)合半導(dǎo)體材料Fe2O3/TiO2納米棒薄膜光電流密度為0.13 mA·cm2，為TiO2納米棒薄膜光電流密度

5、的5倍;Fe2O3/TiO2納米棒薄膜重復(fù)利用率高，F(xiàn)e2O3和TiO2兩者結(jié)合比較緊密。
　　為了促進(jìn)薄膜材料在可見光下響應(yīng)，本文用紫外還原法合成了Ag/TiO2的薄膜材料。結(jié)果顯示，TiO2納米棒陣列薄膜表面包覆一層零價的Ag，沉積了金屬的Ag/TiO2納米棒薄膜材料提高了材料在可見光的吸收范圍;降解活性紅X-3B結(jié)果表明，改性后Ag/TiO2納米棒薄膜材料光催化降解活性紅X-3B效率為92.32％，高于純TiO2納米棒薄膜;