二氧化鈦-石墨烯復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、由于具有超疏水和光催化性能，二氧化鈦在自清潔、防污及光催化降解有機染料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但作為光催化材料，其存在著電子空穴復(fù)合率較高，利用太陽光波段短等不足。石墨烯具有比表面積大、電子傳輸快、機械強度高等優(yōu)點，因此，若將二氧化鈦和石墨烯進行復(fù)合，可望獲得更好的光催化性能。為此，本論文在分別研究 TiO2和石墨烯超疏水性能的基礎(chǔ)上，開展了二氧化鈦/石墨烯納米復(fù)合材料制備與光催化性能的初步探索。
　　本論文采用水熱法，通過改變生

2、長液中氯化鈉濃度，制備出不同形貌的 TiO2納米棒陣列，研究了飽和氯化鈉溶液的濃度對陣列結(jié)構(gòu)、形貌和超疏水性能的影響；采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(PECVD)法，在相同參數(shù)不同襯底(石英、硅片、二氧化硅)及相同襯底(硅片)不同壓強條件下分別制備了石墨烯納米墻（GNWs）；研究了制備壓強對 GNWs結(jié)構(gòu)、形貌和超疏水性能的影響；采用水熱法合成了二氧化鈦納米顆粒包裹石墨烯的復(fù)合材料，研究了該材料在紫外光下降解甲基橙(MO)和亞甲基藍(MB

3、)的催化效率。得到的主要結(jié)果如下：
　　1.改變生長液中飽和氯化鈉溶液的濃度可以調(diào)節(jié)二氧化鈦納米陣列的表面形貌。生長液中氯化鈉增多，納米棒直徑變小，取向性變差，薄膜變薄(膜厚600nm減小到100nm)，表面更粗糙（粗糙度從120nm增大到215nm）；表面涂覆正辛基三乙氧基硅烷（KH-832）后，疏水性大大提高。典型地，生長液中飽和氯化鈉溶液為1.2 M時，所制備的二氧化鈦納米棒經(jīng)疏水試劑修飾后，獲得了透明度為85％且靜態(tài)接觸角

4、為167.3度的透明超疏水表面。
　　2.爐溫750℃，甲烷和氫氣為3:2情況下，在石英、硅片、二氧化硅上，PECVD法制備的石墨烯墻，靜態(tài)接觸角分別為137.5°,148.2°和152.1°，經(jīng)過疏水試劑處理后，分別達到162.0°,165.1°和162.4°，增大了15~17度。
　　3.硅片襯底上PECVD制備的石墨烯墻，隨著制備壓強的增加，納米片逐漸增大，表面變得更粗糙（粗糙度從95nm增大到112.8nm），表面自

5、由能降低（低于42.24mN/m），超疏水性能逐漸提高。當壓強為50Pa時，未經(jīng)任何修飾樣品表面的靜態(tài)接觸角可達158.7°。石墨烯墻微納米的層次結(jié)構(gòu)使水滴容易滲入微米級的狹縫中但不容易滲入更小的納米級的褶皺里，從而使樣品表面呈現(xiàn)出高粘附性，類似于水滴在玫瑰花瓣上的復(fù)合濕潤狀態(tài)。
　　4.利用水熱法合成了二氧化鈦納米顆粒包裹石墨烯片的復(fù)合材料，對其開展了光降解MO和MB的實驗，結(jié)果表明：在光功率密度為30mW/cm2波長低于400