论文部分内容阅读
近年来,半导体光催化剂的发展方兴未艾,二维材料(Two-Dimensional Materials)的基础研究和技术发展取得了长足的进步,在广泛的应用中也显示出了独特的性质。利用二维半导体材料进行光催化降解也是解决目前环境问题的途径之一,二维二氧化钛纳米材料(TiO2)被公认为是最有开发前景和应用潜力的环保型光催化材料。为了提高TiO2纳米材料的可见光响应和量子利用率,科研工作者一直在找寻提高纳米TiO2材料可见光光催化效率的方法。针对目前二维TiO2纳米材料在光催化效率上的问题,本文通过半导体复合和金属掺杂的方法。不仅可以扩宽TiO2的光谱响应范围,而且有效地减少了光生载流子的复合概率,从而增强了 TiO2的可见光活性,并将其应用到光催化降解有机污染物。主要研究成果如下:1.冷冻干燥法(FD)制备2D TiO2片层结构的方法及片层结构形成机理:本论文以水溶性钛络合物(peroxotitanate)为钛源,采用冷冻干燥辅助溶胶—凝胶法制备出具有二维独特超薄(2.0-3.0nm)和多孔的纳米TiO2片层结构。这个片层结构的形成机理是水溶性钛络合物由于表面存在大量的羟基(-OH),在氢键的作用下,彼此相连,这些胶体的颗粒逐渐堆积形成片层结构。冷冻干燥法既避免纳米颗粒团聚,又利用溶剂凝固后在冷冻干燥过程升华而脱离体系,在靠近原来位置形成一种以“栅栏”为特征的层次结构,最终原始的薄层多孔结构得以保留。2.C-dots 和 g-C3N4共复合的 N 掺杂 TiO2(FD-C-dots/g-C3N4/N-TiO2)复合材料的制备:本论文以三聚氰胺(MA)作为C-dots/g-C3N4的前驱体,水溶性钛络合物中的氨基及三聚氰胺作为TiO2掺杂的N源,相同冷冻干燥法获得了超薄多孔的C-dots/g-C3N4/N-TiO2复合纳米片层结构,其可见光降解亚甲基蓝(MB)的效率有明显的提高。通过自由基淬灭实验,确定了光催化过程的主要活性物质,最后阐明了 一种该复合材料可能的光催化降解机理。3.金属与N共掺杂TiO2(FD-M/N-TiO2)复合材料的制备:本文以金属硝酸盐(MNO3)作为掺杂金属的前驱体,水溶性钛络合物中的氨基作为TiO2掺杂的N源,相同冷冻干燥法获得了超薄多孔的M/N-TiO2复合纳米片层结构。其可见光降解亚甲基蓝(MB)和选择性的还原4-硝基苯酚(4-NP)的效率有明显的提高,最后阐明了一种该复合材料可能的光催化降解机理。