BaTiO3/TiO2异质结纳米管阵列的制备及其光电化学和光催化性能研究

摘要

在众多的半导体催化剂中,通过阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管高度规整有序,比表面积大,吸附能力强,因此在很多领域备受关注。但是低的转换效率限制了TiO2纳米管阵列在实际中的应用。对TiO2纳米管阵列进行修饰改性可以提高其对光的利用效率。把二氧化钛纳米管和能带相匹配的其它半导体进行耦合将有利于光生电子-空穴的分离,以期达到提高对入射太阳光的利用效率。我们知道铁电材料的内部偶极场能促使光生电子-空穴的分离,这引起人们对铁电材料光学性质的关注和研究。BaTiO3就是一种典型的铁电材料,而且其能带结构与TiO2能带相匹配,可以促进光生电子的分离。如果把铁电材料局域电子分离的能力和TiO2的光催化特性结合在一起,将有助于提高光催化效率。本文以二氧化钛纳米管阵列为模板和反应物,通过水热法制备得到BaTiO3/TiO2异质结纳米管阵列以及利用不同方法对BaTiO3/TiO2进行了Ag和其它助催化剂的担载来提高光催化和光电化学转化效率。具体研究内容和结果如下:
　　(1)以TiO2纳米管阵列作为模板和反应物,采用水热法制备BaTiO3/TiO2异质结。通过调节反应温度、时间、前驱体的浓度制备了四个样品,以MB为模型污染物,评价样品的光催化活性。通过I-V和EIS曲线来考察光电化学性质。结果表明,当Ba(NO3)2浓度为0.015mol/L,在120℃反应0.5h时制备得到的样品光催化活性以及光电化学性质最好。样品的形貌以及异质结中钛酸钡的含量对异质结的光催化活性以及光电化学性能影响很大。交流阻抗的测试结果表明BaTiO3与TiO2间形成的异质结构能有效的促进电子-空穴对的分离。
　　(2)采用化学还原和光还原法把Ag担载到BaTiO3/TiO2异质结上面,以MB为模型污染物考察样品的光催化活性,并用EIS曲线来评价它的光电化学性质。结果表明,Ag的修饰在很大程度上可以提高BaTiO3/TiO2异质结的光催化活性和光电化学性质;光还原法制备的Ag/BaTiO3/TiO2上Ag颗粒尺寸较大,分散不均匀,甚至破坏了纳米管的规整有序结构。而化学方法制备的Ag/BaTiO3/TiO2上Ag纳米颗粒大小均匀,尺寸仅有8-10nm,高度分散,以致具有更高的光催化活性。
　　(3)采用化学还原法制备了不同金属(Pt,Ni,Cu, Pd)修饰的BaTiO3/TiO2,在紫外光的照射下,通过I-T曲线评价了它的瞬态光电流性质及其稳定性;通过 MB的降解考察了催化剂的光催化性能。结果表明,金属修饰过后的样品具有更高的光催化活性及光电化学性能。它们的光电流大小和MB光降解活性顺序是一致的,其顺序如下:Pt/BT-C>Ni/BT-C>Cu/BT-C>Pd/BT-C>BT。

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第一章 绪论

1.1 TiO2 纳米材料的结构和光催化性质

1.2 TiO2 纳米管阵列研究进展

1.3 TiO2 纳米管阵列的修饰改性

1.4 TiO2 纳米管阵列的应用

1.5 课题提出的依据及主要工作内容

参考文献

第二章 BaTiO3/TiO2 异质结纳米管阵列的制备及其光电化学和光催化性能的研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 Ag 担载 BaTiO3/TiO2异质结纳米管阵列的制备及光电化学和光催化性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 不同金属修饰的 BaTiO3/TiO2 异质结纳米管阵列的制备及光电化学和光催化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

参考文献

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

攻读硕士学位期间发表与交流的论文

致谢