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随着环境污染、能源短缺的问题日益严重,制备新型纳米材料用于治理环境污染问题和高效绿色新能源电极材料的研究成为目前的热点问题。本论文以重金属离子的降解和持久性有机污染物(POPs)的消减为目标,在阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列上原位负载硫属化合物,研究复合材料的光催化和光电催化性能,同时对不同小分子有机酸辅助TiO2纳米线阵列高效光催化还原Cr(VI)进行理论分析。具体的研究内容如下所列:(1)阳极氧化钛丝制备高度有序的TiO2纳米管阵列作为基底,以硫代乙酰胺(C2H5NS)和钼酸钠(Na2MoO4.2H2O)为前驱体,通过简单的一步水热法原位负载生长MoS2纳米片,成功制备得到片层MoS2/TiO2纳米管复合材料。通过SEM,TEM,XPS,PL,Mapping和EIS等测试方法表征复合材料的表面形貌和光电化学性能。将复合材料应用于光催化和光电催化还原Cr(VI),表现出了优异的光电催化性能。添加不同小分子有机酸作为空穴消耗剂时,有机酸对Cr(VI)还原的协同作用影响依次为,L(+)-酒石酸>草酸>柠檬酸>苹果酸>丁二酸。研究表明,MoS2的掺杂对TiO2NTs光电催化的良好改性效果可能是因为过电压的减小,电子转移能力的提高,以及MoS2和TiO2NTs之间形成p-n异质结,在节点处的内部静电场加速了光生电子-空穴对的分离。(2)本论文对在小分子有机酸的存在条件下,TiO2 NWs可见光光催化还原Cr(VI)进行了机理研究。理论研究表明,LOA吸附在TiO2表面,在LOA HOMO和TiO2 LUMO间形成的轨道重叠是Cr(VI)转换为Cr(III)的决定性因素,TiO2和LOA之间形成的共价键使得电子从LOA直接传递到TiO2表面还原Cr(VI)。研究表明,酒石酸较易被波长大于1033nm的光激发分裂为两个相同的分子片段,对协助TiO2NWs催化还原Cr(VI)表现出最佳的效果。Cr(VI)还原反应的动力学方程遵循两步一级动力学曲线,初始阶段较为缓慢而第二阶段速率较快。(3)以L(+)-Cysteine和InCl3作为前驱物,采用简单的水热法成功在TiO2纳米管阵列上负载片状In2S3纳米片,成功制备得花状In2S3/TiO2 NTs复合纳米材料。SEM和TEM显示,制备的In2S3纳米片呈花级结构以TiO2 NTs为成核位点堆积组装原位生长。研究表明,窄禁带In2S3的引入加速了电子-空穴对分离效率,将这种制备的复合材料用来降解对硝基苯酚,较低浓度的前驱体量负载In2S3时,4-NP去除率可以高达到95.6%。