石墨烯量子点和银纳米粒子修饰二氧化钛增强其光催化性能

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二氧化钛(TiO2)由于成本低、化学稳定性高、易制备等优点被广泛应用到光催化领域。但是,本征TiO2带隙宽,只能吸收紫外光,并且TiO2的电子-空穴对复合率较高,导致其光催化量子效率低。因此,有效提高TiO2光催化性能的研究已经成为光催化领域的研究热点。石墨烯量子点(GQDs)是一种近似于零维的非金属半导体材料,与TiO2复合可以提高催化剂的光吸收范围进而提升光催化性能。而银(Ag)作为一种贵金属材料,费米能级低。将Ag负载在TiO2上,可实现电子与空穴的有效分离,另外Ag纳米粒子的负载可以在TiO2的表面形成表面等离激元振荡(LSPR)效应,进而有效提高复合光催化剂对染料的光催化解效率。综上所述,我们通过两种手段提升TiO2的光催化效率:1、首先,我们通过在TiO2中负载Ag纳米粒子来改善TiO2的光催化性能,并且在TiO2中引入介孔的结构来增加光催化剂的比表面积,进一步提高其催化作用。我们通过光辅助方法制备出介孔二氧化钛/银(Meso-TiO2/Ag)复合光催化剂,并对所制备的复合材料的晶体结构、微观形貌、光学性质、光生电子-空穴对的分离效率、光催化降解性能进行了系统的表征。纯Meso-TiO2相比,Meso-TiO2/Ag的光吸收范围扩展到了可见光区域,在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)的实验中,3%Ag负载量的Meso-TiO2/Ag表现出最优的光催化效率,我们将Meso-TiO2/Ag增强的光催化性能归因于催化剂较大的比表面积、对可见光吸收的增强以及高效的载流子分离和转移速率。2、其次,我们采用市场常见的TiO2(P25)作为原料,采用浓碱水热法制备TiO2纳米管;以柠檬酸(CA)为C源,硫脲为N源和S源,合成出氮、硫共掺杂的石墨烯量子点(N,S-GQDs),通过磁力搅拌方法将二者复合,将N,S-GQDs负载到TiO2NT的表面,获得二元纳米光催化剂(TiO2NT@N,S-GQDs)。在可见光催化降解有机染料MB实验中,TiO2NT@N,S-GQDs光催化降解染料速率为纯TiO2NT的71.9倍,表明量子点的引入显著提升了TiO2光催化能力。
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