论文部分内容阅读
锐钛矿TiO2的禁带宽度为3.2eV，以TiO2为主的光催化剂只能吸收利用太阳光中的紫外线光部分，而太阳光中占90％以上的可见光部分却不能充分利用，不利于处理量大且浓度高的工业废水和废气。通过离子注入技术把氮离子注入钛基底浅层表面，再阳极氧化制得氮掺杂的TiO2纳米管，降低带隙，使光响应向大波长范围移动。在TiO2纳米管表面，将石墨烯等具备电子储存能力的材料通过电沉积途径与TiO2纳米管阵列薄膜相复合，石墨烯的优越导电能力能够减少光电子-空穴对复合。通过SEM、XRD、XPS等表征方法对所制备样品的元素及结构表面形貌，等进行表征，通过对甲基橙溶液光照条件降解的实验，研究了不同改性条件的TiO2纳米材料光催化活性的变化。 (1)采用预先对钛片进行氮离子注入再阳极氧化的方法，成功制备得到氮掺杂的TiO2纳米管。该方法能够有效缩短TiO2纳米管制备的阳极氧化时间，并且不会影响TiO2纳米管整齐的阵列结构。通过光电流密度测试，可以确定氮掺杂能显著提高紫外光（可见光）辐射下TiO2纳米管的的光电流密度。并且随着氮注入剂量增加，光电流密度呈现先增加后减少的趋势，注入剂量为1×1017ions/cm2时光电流密度达到极值。这表明引入氮离子作为杂质离子更倾向于形成电子俘获中心，这种电子俘获中心能抑制光电子和空穴对的复合，提高分离效率。纯的TiO2纳米管的带隙为3.2eV，对可见光几乎没有响应，因此氮掺杂的TiO2纳米管在可见光下光电流的提高则能反应出杂质能带的产生。 (2)以预先阳极氧化得到的TiO2纳米管作为阳极，Pt片作为对电极，通过电化学沉积法制备GO-TiO2纳米管，此法具有沉积速率高，厚度容易控制，统一性高，操作简单，对环境无污染等优点。对得到的GO-TiO2纳米管进行了光催化测试，电沉积时间30min的GO修饰TiO2纳米管对甲基橙的降解速率最高，经过90min的紫外光照射，90.6％的甲基橙被降解，是纯TiO2样品降解的1.5倍，而在可见光照射下，光催化性能提高更为显著，120min可见光照射甲基橙降解率达到46.5％，是纯TiO2样品降解的2.4倍。石墨烯具有优越的电子传导能力，其在与TiO2复合材料中起到电子吸收剂的作用，可以有效地抑制光生电子和空穴的复合，提高光响应能力。