钛基异质结电极材料制备及其光/光电催化降解有机废水研究

作     者：秦于伟 

作者单位：东北石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王宝辉

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：TiO2光电极 异质结 有机废水 光/光电催化 

摘      要：随着工业化进程的不断提升,大量的含苯类物质被排放到自然环境当中。作为人类的生命之源,水自然资源也在很大程度上受到了苯类物质的侵蚀,这严重影响到了人类的健康与安全。因此,高效环保绿色处理水中的含苯有机物对于人类的生命健康具有重要的意义。近年来,随着光催化技术不断的成熟,寻找合适的光催化材料成为目前光催化领域研究的热点。二氧化钛纳米管作为一种优良的半导体催化剂材料,具有稳定性好,比表面积大,易于调控的特点。然而,由于二氧化钛在可见光区域的利用率低,带隙宽度大,载流子复合效率高等诸多问题,很大程度限制了它在工业生产当中的应用。为了解决上述问题,对TiO进行改性,提升其对可见光区域的光催化效果,并进行了一系列的表征和性能测试,论文的具体研究内容如下:1.Ag/TiO/g-CN的制备及光电催化降解硝基苯的研究首先通过二步阳极氧化法以乙二醇、氟化铵、去离子水形成的溶液作为电解质制备了具有蜂窝状结构,高度有序的二氧化钛纳米管阵列。将三聚氰胺作为前驱体,利用气相沉积的方法负载到TiO表面,得到了TiO/g-CN;然后利用电沉积的方法,保持1 V的稳定电压将银纳米颗粒沉积到TiO/g-CN,得到了Ag/TiO/g-CN材料,并对材料进行了一系列的表征及性能测试。研究结果表明,当三聚氰胺的质量为0.2 g,硝酸银的浓度为12.5 m M/L时,Ag/TiO/g-CN的催化效果最好,对于硝基苯的光/光电催化降解效率分别达到了47.6%,57.6%,远高于其他样品,这说明Ag/TiO/g-CN对于硝基苯的降解效果非常有效。三元复合材料具有良好的光/光电催化性能和稳定性,对可见光具有很好的的光响应,光电流密度达到了0.20 m A/cm。通过对Ag/TiO/g-CN的光/光电催化机理进行了深入探究,证明了Ag/TiO/g-CN属于二型异质结,负载Ag和g-CN增强材料对于硝基苯的氧化还原能力。2.rGO/TiO/g-CN的制备及光电催化降解苯乙酮的研究首先利用原位合成的方法,以尿素作为前驱体,加入到制备TiO的电解液中,得到了TiO/g-CN;然后利用阳极沉积的方法,将氧化石墨烯负载到TiO/g-CN,得到了TiO/g-CN/rGO材料。当尿素浓度为0.4 g/L,沉积时间为10 min时,负载得到的三元复合材料的光/光电催化效果最好,材料对于苯乙酮的光/光电催化降解效率分别达到了59.21%,87.38%。对可见光具有良好的响应,光电流密度0.19 m A/cm,并显示出良好的稳定性。机理探究实验表明制备的三元复合材料属于传统的异质结,氧化石墨烯的负载有利于增加光生电子-空穴对的分离及转移,同时保证了光生载流子较高的氧化还原性。