不同结构的Fe3O4/TiO2/Graphene三元复合材料的制备及光催化性能

摘要

光催化材料在光照下能降解有机污染物，同时光催化技术是一种低成本、高效率、无污染的技术。但是TiO2作为传统的光催化材料应用于实际生活还需要解决一些问题，如:TiO2的回收和TiO2的光催化效率偏低等。本课题为了解决TiO2光催化剂的缺陷，分别设计了两种不同结构的Fe3O4、TiO2和石墨烯三元复合材料，期望该复合材料既具有可回收的功能，同时也能提高TiO2的光催化效率。该实验采用简单地水热法分别成功制备出Fe3O4@TiO2/RGO(FTR)和Fe3O4/TiO2/Graphene(FTG)两种三元复合材料，利用TEM、XRD、SEM、XPS、VSM和FT-IR等分析手段对三元复合材料进行分析，结果显示该方法不仅能将氧化石墨还原成石墨烯，而且将纳米粒子负载在石墨烯片层上。FTR复合材料是Fe3O4@TiO2核壳粒子直接负载在石墨烯片层上，且该复合材料的饱和磁强度为8.9emu·g-1，而FTG是Fe3O4和TiO2纳米粒子分别负载在石墨烯片层上，且FTG的饱和磁强度为32.3emu.g-1。在500w汞灯光照下，以偶氮染料甲基橙(MO)为目标污染物，考察FTR和FTG两种不同结构复合材料的光催化性能，结果显示FTG三元复合材料的光催化效率高于FTR结构，且在重复5次光降解实验后，FTG的光催化效率没有很大变化，同时FTG的饱和磁强度大于FTR，在外加磁场下，FTG复合材料更加容易回收再利用。因此，FTG是最佳的三元结构复合材料。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 纳米二氧化钛的基本研究

1．2．1 纳米二氧化钛光催化的发展

1．2．2 纳米二氧化钛的结构与性能

1．2．3 纳米二氧化钛光催化机理

1．2．4 纳米二氧化钛材料的制备方法

1．2．5 纳米二氧化钛的改性

1．3 磁性光催化材料的研究

1．4 石墨烯的研究及分析

1．4．1 石墨烯／二氧化钛光催化复合材料的研究

1．5 本课题研究的主要内容

2 Fe3O4@TiO2复合材料的制备及光催化性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及主要仪器

2．2．2 磁性纳米Fe3O4的制备

2．2．3 柠檬酸钠修饰的Fe3O4的制备

2．2．4 Fe3O4@TiO2核-壳粒子的制备

2．2．5 Fe3O4@TiO2光催化降解甲基橙

2．2．6 实验分析表征手段

2．3 结果与讨论

2．3．1 Fe3O4@TiO2核-壳材料的形貌表征

2．3．2 Fe3O4@TiO2核-壳复合材料的物相分析

2．3．3 Fe3O4@TiO2核-壳复合材料的红外分析

2．3．4 Fe3O4@TiO2核-壳复合材料的磁性能分析

2．3．5 Fe3O4@TiO2核-壳复合材料的TG-DTA分析

2．3．6 Fe3O4@TiO2核-壳复合材料的可能形成机理研究

2．3．7 Fe3O4@TiO2核-壳复合材料的光催化性能研究

2．4 本章小结

3 Fe3O4@TiO2／RGO三元复合材料的制备及光催化性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂及主要仪器

3．2．2 柠檬酸钠修饰的Fe3O4的制备

3．2．3 Fe3O4@TiO2核-壳粒子的制备

3．2．4 Fe3O4@TiO2／RGO(FTR)三元复合材料制备

3．2．5 Fe3O4@TiO2／RGO光催化降解甲基橙

3．2．6 实验分析表征手段

3．3 结果与讨论

3．3．1 晶体结构表征

3．3．2 材料的红外分析

3．3．3 材料形貌表征

3．3．4 材料的磁性分析

3．3．5 FTR三元材料的SEM和EDS分析

3．3．6 FTR的XPS分析

3．3．7 光催化降解效果

3．3．8 Fe3O4@TiO2／RGO复合材料的重复使用效果

3．3．9 FTR复合材料光催化降解机理分析

3．4 本章小结

4 Fe3O4／TiO2／RGO三元复合材料的制备及光催化性能

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂及主要仪器

4．2．2 Fe3O4纳米粒子的制备

4．2．3 TiO2纳米粒子的制备

4．2．4 Fe3O4／TiO2／Graphene(FTG)复合材料的制备

4．2．5 光催化模拟实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 材料的XRD分析

4．3．2 材料的TEM表征

4．3．3 FTG的SEM和EDS表征

4．3．4 FTG的拉曼光谱分析

4．3．5 材料的VSM表征

4．3．6 材料的FT-IR表征

4．3．7 Fe3O4／TiO2／Graphene复合材料的合成机理分析

4．3．8 FTG复合材料降解甲基橙性能研究

4．3．9 材料处理甲基橙重复使用性能研究

4．3．10 FTG复合材料光催化降解机理分析

4．4 本章小结

5 总结

5．1 全文的总结

5．2 创新点

致谢

参考文献

硕士期间发表的论文情况