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

发布时间：2020-04-26 12:25

【摘要】：二氧化钛(TiO_2)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TiO_2带隙宽,只能吸收紫外光,并且TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2的光催化效率:1、首先,我们通过在TiO_2中负载Ag纳米粒子来改善TiO_2的光催化性能,并且在TiO_2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-TiO_2/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-TiO_2相比,Meso-TiO_2/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-TiO_2/Ag表现出最优的光催化效率,我们将Meso-TiO_2/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TiO_2(P25)作为原料,采用浓碱水热法制备TiO_2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TiO_2NT的表面,获得二元纳米光催化剂(TiO_2NT@N,S-GQDs)。在可见光催化降解有机染料MB实验中,TiO_2NT@N,S-GQDs光催化降解染料速率为纯TiO_2NT的71.9倍,表明量子点的引入显著提升了TiO_2光催化能力。
【图文】：

钠灯,氙灯光源,光源,银纳米粒子

第三章银纳米粒子修饰介孔二氧化钛增强其光催化性能银纳米粒子修饰介孔二氧化钛增强其光工作中我们制备了三种类型的光催化剂，，分别是纯制备的不同 Ag 负载量的 Meso-TiO2/Ag 复合催g-Xe)和钠灯光源照射不同水浴时间条件下制备的M记为：Meso-TiO2/Ag-Na)。征

钠灯,结构表征,映射图,元素

2/Ag-Na的元素映射图3.2结构表征10 20 30 40 50 60 70 801%3%5%ntenIitys(.ua).2 (degree)8%(a)20 30 40 50 60 70 80Meso-TiO2/AgMeso-TiO2/Ag-2hMeso-TiO2/Ag-3hMeso-TiO2/Ag-4hntInsieyta(..)u2 (degree)(b)图3.3 (a)在氙灯光源照射下(不同银负载量)和(b)在钠灯光源照射下(不同光照时间)制备的Meso-TiO2/Ag复合光催化剂的的XRD图图 3.3 给出了不同光源照射下 Meso-TiO2/Ag 复合材料的 XRD 图。从图 3.3a是在氙灯光源照射下制备的不同银负载量的 Meso-TiO2/Ag-Xe 的 XRD 图，图中Meso-TiO2在 25.2°、37.7°、47.9°、53.8°、55.0°、62.6°、70.2°和 75.1°处的衍射峰可以与锐钛矿型 TiO2的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)、(220)和(215)晶面对应(JCPDS No.21-1272)。负载 Ag 纳米粒子之后，银负载量为 1%和 3%的样品中没有发现 Ag 的衍射峰，当 Ag 的负载量达到 5%时，样品的 37.7°的衍射
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36

【参考文献】