金属硫化物修饰及溶胶-凝胶固定TiO2纳米纤维与光催化应用

摘要

光催化技术具有清洁、经济、环境友好等优点，为水体污染的治理提供了广阔的前景。二氧化钛（TiO2）作为最具有应用前景的光催化材料，具有优异的物理化学稳定性、无毒和价格低廉等优点，引起了人们的高度关注。但是，TiO2仍然具有一定的局限性：禁带较宽，光利用效率低；光生电子-空穴对复合率高；回收再利用困难。为了解决上述问题，本论文主要做了两个方向的研究：（1）通过水热方法，利用窄带隙金属硫化物固溶体，实现了对TiO2纳米纤维的改性。制备的复合材料光利用效率高，光催化活性强。（2）通过溶胶-凝胶方法，实现了对TiO2纳米纤维的固定，解决了催化剂的回收再利用问题。具体研究内容如下：
　　（1）多级结构的ZnS-In2S3固溶体修饰TiO2纳米纤维的制备与表征：采用静电纺丝制备TiO2纳米纤维（TiO2 NFs），通过水热方法，将ZnS-In2S3固溶体生长在多孔的TiO2 NFs表面，获得三元多级纳米结构复合材料（TiO2@ZnS-In2S3）。ZnS-In2S3固溶体不仅生长在TiO2 NFs表面，而且与TiO2 NFs形成很好的异质结构。探讨 TiO2@ZnS-In2S3异质结构的光电化学与其结构之间的关系，结果表明，TiO2@ZnS-In2S3复合材料不但有很好的可见光响应，而且有效抑制了光生电子-空穴对的复合。
　　（2）TiO2@ZnS-In2S3复合材料光催化降解罗丹明B的研究：针对环境中难降解的有机染料罗丹明B（RhB），来考察催化剂的光催化性能。吸附性能测试表明，TiO2@ZnS-In2S3异质结构对RhB具有最高的吸附量，达到72.51 mmol/g。在可见光的照射条件下，TiO2@ZnS-In2S3异质结构降解RhB的速率分别是未修饰的TiO2 NFs、ZnS纳米颗粒、In2S3/TiO2纳米纤维、ZnS/TiO2纳米纤维、和ZnS-In2S3固溶体的16.7，12.5，6.3，5.9和2.2倍。
　　（3）溶胶-凝胶纳米胶水固定化 TiO2纳米纤维的制备、表征以及光催化应用的研究：采用溶胶-凝胶法，将 TiO2 NFs固定在 TiO2纳米管阵列（TiO2 NTs）基底上，形成多形貌复合材料（TiO2 NF/TiO2 NTs）。对TiO2 NF/TiO2 NTs进行光电化学性能等表征，结果显示TiO2 NF/TiO2 NTs复合材料具有更强的光吸收和更好的电子传输效率。以 RhB作为目标污染物，在模拟太阳光下进行光降解实验，结果表明，在120 min时间内，RhB降解效率达到95.32％。同时，重复进行5次降解实验，效率依然在90.14%，说明材料能够很好地回收再利用。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 TiO2的研究概况

1.3 TiO2纳米纤维的制备方法

1.4 TiO2纳米纤维的表征方法

1.5 TiO2纳米纤维的改进技术

1.6 TiO2纳米纤维的应用

1.7 本论文研究的意义与内容

第2章 多级结构的ZnS-In2S3固溶体修饰TiO2纳米纤维的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 TiO2@ZnS-In2S3复合光催化剂光催化降解RhB的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 TiO2@ZnS-In2S3光催化降解RhB及机理探究

3.4 本章小结

第4章 溶胶-凝胶纳米胶水固定化TiO2纳米纤维的制备与光催化应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士期间发表的学术论文

致谢