TiO2-石墨烯复合材料的制备及光催化性能研究

《TiO2-石墨烯复合材料的制备及光催化性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文TiO2-石墨烯复合材料的制备及光催化性能研究论文作者：张娜学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：海洋化学工程与技术指导教师：陈建新职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMarineChemicalEngineeringandTechnologyRESEARCHONSYNTHESISANDPHOTOCATALYSISPERFORMANCEOFTITANIA-

2、GRAPHENECOMPOSITESbyZhangNaSupervisor:Prof.ChenJianxinMay2016河北工业大学硕士学位论文摘要TiO2纳米光催化剂被广泛应用于污水处理、太阳能电池等领域，但TiO2单一材料存在两个主要局限：其一，光催化活性只能在紫外光照射下激发，对可见光的利用率低；其二，光生电子和空穴的复合率高，量子效率低。开发具有较窄能带宽度且可抑制光生电子-空穴复合的光催化剂具有重要意义。石墨烯材料是一种单原子二维片状结构的碳材料，具有优良的光学性能，在光催化领域具有潜在的应用价值。本文为了提高T

3、iO2基材料的光催化效率，制备了具有不同结构的TiO2-石墨烯复合材料。通过水热合成法，制备了RGO负载的N-TiO2复合材料。以钛酸丁酯（TBOT）和氧化石墨烯（GO）水溶液为原料，采用溶胶-凝胶法，在30℃下制备了稳定性良好的N-TiO2纳米粉体，进而采用水热合成法，制备了N-TiO2-RGO复合材料（N-TiO2/RGO）。利用该复合材料，在模拟可见光照射下降解甲基橙（MO）溶液，考察N-TiO2/RGO复合催化剂的光催化性能。结果表明，随GO掺入量的增加，复合材料的光催化性能明显提高，30min内对MO的降解率可达9

4、5%以上。该催化剂还可用于处理亚甲基蓝（MB），罗丹明B（RhB）等其他染料。此外，为便于回收和重复利用，在上述制备方法基础上，利用水热法在GO表面负载磁性Fe3O4颗粒，考察了不同Fe3O4含量对光催化性能的影响及重复使用效果。通过化学缩合法和水热法，制备了实心TiO2/GO复合材料。以异丙醇钛（TPT）为原料，采用改进的溶胶-凝胶法制备了粒径均一的TiO2微球；随后在TiO2微球表面修饰-NH2以利于和GO表面的-COOH生成-CONH-，达到在TiO2表面成功包覆GO；最后通过水热法，将TiO2转变为锐钛矿型，GO被还

5、原为还原型氧化石墨烯（RGO）。利用该复合材料，在模拟可见光照射下降解甲基橙（MO）溶液，考察TiO2/GO复合催化剂的光催化性能。结果表明，光照30min内TiO2/GO复合材料对MO的降解率可达98%以上，同时，对MB和RhB也具有良好的降解性能。通过水热合成法和化学缩合法，制备了空心TiO2/GO（H-TiO2/GO）光催化剂。以C球为模板，水热合成法制备了具有核-壳结构的C@TiO2复合材料，经煅烧后得到空心TiO2微球，进而以此空心TiO2为基础，合成了空心TiO2/GO复合材料。利用该复合材料，在模拟可见光照射下

6、降解甲基橙（MO）溶液，考察空心TiO2/GO复合催化剂的光催化性能及水热反应时间和复合比对光催化性能的影响。结果表明，该催化剂对染料降解效果良好。关键字：TiO2氧化石墨烯可见光光催化染料ITiO2-石墨烯复合材料的制备及其光催化性能研究ABSTRACTTiO2nanoparticlesarewidelyappliedinthefieldofsewagetreatment,solarcellandothers.However,therearetwodrawbacksofthismaterial.First,itsphoto

7、catalyticactivitycanonlybemotivatedundertheultravioletlight,sothattheutilizationrateofvisiblelightislow.Second,thehighrecombinationrateofphotogeneratedelectronsandholesleadtothelowphotocatalyticefficiency.Thus,it’surgenttosynthesizeakindofphotocatalystthathaveanarr

8、owenergy-bandwidthandcansuppresstherecombinationofgeneratedelectrons-holes.Grapheneisakindof2Dstructurematerialwithoneatomicsheet,itsuniqueoptica