负载Ag与Ag3PO4的TiO2纳米管复合材料的制备和可见光催化性能

摘要

随着能源枯竭与环境污染问题日益严峻，开发高效的能源利用与环境治理技术已迫在眉睫。光催化作为一种有效利用太阳能的新兴技术，近年来备受关注，并在能源转化与环境治理领域展现出了巨大应用前景。二氧化钛（TiO2）作为一种具有高催化活性、无毒、稳定的光催化剂，已成为光催化研究热点。然而, TiO2属于宽禁带半导体（禁带宽度3.2 eV），只能吸收利用λ＜387 nm的紫外光，这严重降低了其太阳能利用率。本论文以提高 TiO2可见光催化活性为目的，利用TiO2纳米管（TNT）为基体，制备了Ag/TNT和Ag3PO4/TNT纳米复合材料。通过TEM、XRD、XPS、FT-IR和DRS等表征手段，表征了材料的结构、形貌和化学组成，并研究了其可见光催化性能和机理。
　　首先，利用3,4-二羟基苯基丙酸（diHPP）分子对Ti4+的亲合作用与Ag+的还原作用，制备了Ag/TNT纳米复合材料。表征结果表明，平均粒径为3.77 nm的Ag纳米颗粒均匀生长于TNT外表面。同时发现diHPP在合成过程中还起到稳定银颗粒生长，抑制其团聚的作用。通过调节初始银溶液浓度，能有效调控复合物中Ag负载量，其可见光吸收性能随Ag负载量增加而增强。以罗丹明B（RhB）为模型化合物，对材料进行可见光催化性能评价，结果表明Ag/TNT纳米复合材料具有良好的可见光催化活性，光催化反应4 h的RhB降解率达99.8％。催化机理研究发现，Ag颗粒表面等离子体共振（SPR）效应产生的局部增强电场，是材料良好可见光催化性能的主要原因。同时，TNT较高的比表面积有利于染料分子的吸附，进一步促进光催化效率的提高。
　　其次，通过原位生长法制备了Ag3PO4/TNT纳米复合材料。表征结果表明，大小均一的Ag3PO4纳米颗粒紧密生长于TNT表面，两者通过Ti-O-Ag键结合，并存在晶格融合现象。通过调节初始银溶液浓度，能有效调控Ag3PO4颗粒大小，粒径随溶液浓度增大而增大。DRS结果表明，Ag3PO4/TNT纳米复合材料拥有双禁带。光催化性能评价结果表明，Ag3PO4/TNT纳米复合材料具有良好的可见光催化性能，归因于光生电子与空穴的有效分离。光催化过程研究表明，光生空穴（h+）和氢氧自由基（?OH）在光催化过程中其主要作用。

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第一章 文献综述

1.1 光催化概述

1.2 TiO2半导体光催化机理

1.3 TiO2光催化材料存在的问题

1.4 TiO2能带结构调控

1.5 与光敏化材料复合

1.6研究工作的提出

第二章 实验部分

2.1实验试剂及仪器

2.2分析表征方法

2.3实验方法

第三章 Ag/TNT纳米复合材料制备及可见光催化性能研究

3.1引言

3.2结果与讨论

3.3 小结

第四章 Ag3PO4/TNT纳米复合材料制备及可见光催化性能研究

4.1引言

4.2结果与讨论

4.3 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢