基于黑色二氧化鈦的材料制備及性能研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和能源的消耗，環(huán)境污染問題越來越嚴重。半導(dǎo)體光催化劑是解決該問題的一個有效手段。二氧化鈦作為一種多功能半導(dǎo)體材料，具有無毒，廉價，耐腐蝕，有效利用紫外光光催化等優(yōu)異性質(zhì)。但是由于其高的禁帶寬度（銳鈦礦3.2eV）和快的電子空穴復(fù)合速率，使其光催化性能受到較大的限制。黑色二氧化鈦的出現(xiàn)極大的改善了傳統(tǒng)二氧化鈦的這兩個劣勢，使其在可見光照射下表現(xiàn)出較好的光催化性能。盡管如此，由于單一相的二氧化鈦很難滿足實際應(yīng)用的需要，因此發(fā)展

2、黑色二氧化鈦基的復(fù)合材料具有非常重要的理論和應(yīng)用意義。根據(jù)現(xiàn)有的報道，黑色二氧化鈦的主要制備方法是通過氫氣還原，本文采用一種非氫化的簡單的方法成功制備出黑色二氧化鈦及黑色二氧化鈦基的復(fù)合材料，具體內(nèi)容如下：
　　一.以鈦酸四丁酯為鈦源制備出黑色二氧化鈦。測試結(jié)果表明，該黑色二氧化鈦具有很強的可見光吸收能力和較低的電子空穴復(fù)合率，在可見光照射下表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能。并且，煅燒時的氣密性影響氧空位帶形成的位置，對光催化性能有極大的影

3、響。
　　二.利用制備黑色二氧化鈦過程中的膠狀物為二氧化鈦前驅(qū)，將氧化石墨烯與其攪拌均勻，通過煅燒得到氧化石墨烯/核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦復(fù)合物。相較于單一的黑色二氧化鈦，該復(fù)合物的可見光光催化性能有了較大的提高。并且在氮氣中煅燒時，二氧化鈦與氧化石墨烯可以成功的復(fù)合，而在空氣中煅燒時，氧化石墨烯作為碳源摻雜進入二氧化鈦。
　　三.通過增加復(fù)合物的類別嘗試進一步提高光降解能力，以碳，硅，黑色二氧化鈦為前驅(qū)，進行混合煅燒，成功制備出碳

4、/硅/核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦復(fù)合物。由于硅和二氧化鈦的交疊，二氧化鈦的核殼結(jié)構(gòu)不能被HRTEM分辨，但是EPR和XPS的結(jié)果表明了它的存在。碳和硅的存在促進了電子和空穴的轉(zhuǎn)移和分離。二氧化鈦中大量的氧空位在抑制自身激發(fā)和轉(zhuǎn)移的電子的復(fù)合具有重要作用。三價鈦，碳和硅的協(xié)同作用造成了該復(fù)合物極好的可見光光催化活性。
　　四.通過碳還原氧化鉍嘗試制備Bi2O3@Bi,利用鉍的等離子共振現(xiàn)象抑制二氧化鈦和氧化鉍的電子空穴復(fù)合。適量的碳和氧化鉍與

5、黑色二氧化鈦前驅(qū)在氮氣氣氛下混合煅燒成功制備出C/Bi2O3@Bi/TiO2@TiO2-x復(fù)合物。該復(fù)合物具有好的可見光光降解能力。在空氣中煅燒時，由于碳容易在空氣中氧化，所以不能將氧化鉍還原為鉍。此外，根據(jù)XRD，拉曼，XPS的結(jié)果，碳摻雜進入復(fù)合物，并且Bi2O3-x被二氧化鈦包裹。
　　五.通過改變煅燒前的前驅(qū)體，制備核殼結(jié)構(gòu)二氧化鈦，并探究其形成機理。根據(jù)樣品間的對比發(fā)現(xiàn)，尿素和鹽酸的比例決定了水解程度和所得二氧化鈦殼的厚