多元金属/非金属掺杂的半导体TiO2的可见光光催化性能研究(5)

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本文通过简单水热合成法制备了具有较好阵列组装的花瓣状锐钛矿TiO2微球，通过对其复合改性，从而得到一系列具有可见响应的光催化剂。实验中，通过大量的探索研究，成功地实现了用软化学合成方法制备CdS敏化的，具有{001}活性晶面[16]暴露的花瓣状锐钛矿TiO2基石墨烯可见光响应的三元体系复合材料，并通过λ≥420nm的模拟可见光光照下，在引入H2O2提供羟基自由基下，光催化降解亚甲基蓝的光催化性能的研究，验证制备出的三元异质结复合体系在协同效应的作用下，增强了光催化活性，提高了光催化利用率。

1.5.2 研究内容

以四氯化钛为Ti的前驱体，以F-和异丙醇作为形貌控制剂，在水热条件下，通过对原料混合反应时间的探索研究，获得具有棒状阵列组装的花瓣状锐钛矿TiO2；通过在表面活性剂的作用下，在正丁醇-GO分散体系中合成制备出花瓣状结构的TiO2-GO复合体系，接着在正丁胺或十二胺分散体系中水热合成CdS敏化的具有{001}晶面暴露的TiO2-GO基复合材料，通过其降解亚甲基蓝溶液以及光解水实验的效果来衡量所制备三元体系的光催化活性，并对所制备的样品进行TEM、XRD、SEM、UV-Vis表征。文献综述

1.5.3 研究方案

一、花瓣状锐钛矿TiO2的合成

二、花瓣状TiO2-GO复合体系的制备

三、CdS敏化花瓣状TiO2-GO复合体系

四、对所制样品的XRD、SEM、UV-Vis和TEM的表征

五、光催化性能的测试

1.6 光催化实验

1.6.1 光催化机理

当能量大于TiO2禁带宽度的光照射半导体时，光激发电子跃迁到导带，形成导带电子，同时在价带留下空穴。由于半导体能带的不连续性，电子和空穴的寿命较长，它们能够在电场作用下或通过扩散的方式运动，与吸附在半导体催化剂粒子表面上的物质发生氧化还原反应，或者被表面晶格缺陷俘获。空穴和电子在催化剂粒子内部或表面也可能直接复合。空穴能够同吸附在催化剂粒子表面的-OH或H2O发生作用生成HO·。HO·是一种活性很高的粒子，能够无选择地氧化多种有机物并使之空穴化，通常认为是光催化反应体系中主要的氧化剂。光生电子也能够与O2发生作用生成HO2·和O2-·等活性氧类，这些活性氧自由基也能参与氧化还原反应。