半导体及其石墨烯复合物修饰tio2纳米管阵列及光催化应用

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1、SemiconductororGraphene—BasedCompositesModifiedTi02nanotubearraysandTheirPhotocatalyticApplicationbyZHANGXilinB．S．(HunanUniversity)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofSciencelnPolymerChemistryandPhysicsintheGraduateSchoolofHunanUniver

2、sitySupervisorProfessorLIUChengbinMay，2013湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：学位论文版权使用授权书日本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本

3、人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于作者签名：导师签名：2l、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密曲／(请在以上相应方框内打“4”)日期：2。J弹6月／E1日期：7,oI；年6月／El硕士学位论文摘要二氧化钛(Ti02)因其无毒害、低成本和耐光腐蚀等优点而作为重要的光催化剂材料，被广泛地应用于光催化降解有机污染物。但是，Ti02禁带宽度较宽(锐钛矿为3．2eV)，使其对太阳光吸收利用率低。此外，Ti02光生电子与空穴对复合几率高，因而制约了T

4、i02的光催化应用。为了解决上述问题，本文将具有转移与储存电子特性的石墨烯、窄带隙半导体纳米颗粒及Ti02纳米颗粒修饰到Ti02纳米管阵列(Ti02NTs)上。修饰的Ti02NTs光催化剂光吸收利用效率增强，光催化活性大大提高。通过光催化降解五氯苯酚(PCP)与偶氮染料酸性橙7(A07)来探讨修饰的Ti02NTs光催化剂在去除有机污染物方面的潜力。具体研究内容如下：(1)RGO／PbS．Ti02纳米管阵列复合材料的制备、表征与光电性能的研究：采用一步循环伏安电沉积方法，将还原氧化石墨烯(R60)与PbS纳米颗粒杂化材料修饰在Ti02NTs上，从而获得

5、三元复合光催化剂。电镜结果表明，PbS纳米颗粒均匀分布在Ti02NTs的内壁和表面石墨烯层问。光电性能测试实验表明，与未修饰或者单一修饰的Ti02NTs相比，RGO／PbS．Ti02NTs光吸收范围明显扩大，并且在模拟太阳光与可见光(波长大于420nm)照射下，光电流密度增大了2倍以上。同时，复合材料的电子一空穴复合几率大大降低。(2)持久性有机污染物PCP被RGO／PbS．Ti02NTs材料光催化降解的研究：将PCP作为目标污染物，探讨RGO／PbS．Ti02NTs光催化剂的光催化性能与影响光催化的因素。结果表明，PCP的光催化降解效果与溶液pH值

6、和PCP初始浓度有关，最佳条件为pH=8，浓度为10mg／L。在模拟太阳光照射下，120min内50mL，10mg／L的PCP降解效率几乎达到100％，且重复进行8次降解实验，降解效率变化不大，说明RGO／PbS．Ti02NTs光催化剂稳定性很好，有效地解决了窄带隙半导体光腐蚀问题。(3)Ti02纳米颗粒表面修饰Ti02NTs的制备、表征与光催化降解应用研究：通过恒电位沉积方法，利用阳极氧化水解作用得到表面修饰Ti02纳米颗粒的Ti02NTs，并研究了它的晶型、光电化学性质与光催化性能。结果表明，修饰的Ti02NTs光电流密度是未修饰Ti02NTs的

7、1．7倍，并且吸附性与光催化活性得到大幅提高，对偶氮染料A07光催化降解效率增强。关键词：二氧化钛纳米管阵列；石墨烯；半导体；有机污染物；光催化降解半导体及其石墨烯复合物修饰Ti02纳米管阵列与光催化应用AbstractPhotocatalysisisanimportantandeffectiveprocessforremovingorganicpollutantsfromwastewater．Amongthephotocatalyts，titaniumdioxide(Ti02)hasbeenwidelyappliedbecauseofitsnon—

8、toxicity，lowcostandantiphotocorrosion．However，theutili