《石墨烯基氧化鈦陣列複合可見光催化劑的基礎研究》是依託浙江大學，由洪樟連擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯基氧化鈦陣列複合可見光催化劑的基礎研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：洪樟連
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於功能協同複合思想，提出將具有大比表面積高光吸收截面有序納米TiO2陣列與具有優良電荷輸運和分離、有機物吸附能力的可調帶隙半導體石墨烯進行複合，通過溶劑熱法還原反應，在有序TiO2陣列表面複合不同還原程度和雜化結構的半導體石墨烯，製備TiO2陣列/半導體石墨烯複合光催化劑。研究溶劑熱工藝調控半導體石墨烯複合組元的層內雜化/缺陷結構與帶隙、及其與TiO2複合界面結構的關鍵工藝參數；將複合界面結構、可見波段光吸收回響和可見光催化降解性能測試結果與複合界面結構模擬計算結果進行對比分析，探明複合組元半導體石墨烯的層內雜化/缺陷結構、複合界面結構、可見光回響與可見光催化活性之間的關聯規律；獲得具有優良可見光回響、有機物吸附與降解活性的複合光催化材料的可重複、穩定的製備技術。為發展新一代高效可見光回響型TiO2陣列/半導體石墨烯光催化劑提供基礎。
結題摘要
為了進一步提高TiO2材料的光催化效率以及對太陽光的利用率，最終提升其光催化活性，對於TiO2進行改性已成為材料學、物理學、化學以及環境科學領域的熱門研究課題。本報告首先對TiO2光催化材料的製備方法和改性技術進行了研究，並探討其對催化性能的影響和相關機理。隨後，為抑制光生載流子複合與拓展光回響，對TiO2納米光催化劑進行了異質結構復相改性。通過異質結構的構造，調整了界面處的能帶結構，構建了p-n型內電場，促進了光生載流子的傳輸，增強了對降解底物的吸附從而提高了異質結構複合物的光催化活性。具體工作如下：一、首先，以莫來石纖維為基體，通過種子層水熱生長法製備了尺寸與形貌可控的金紅石相納米TiO2陣列，隨後採用溶劑熱法，納米TiO2陣列與石墨烯複合，得到了高效可見光回響的TiO2陣列/石墨烯複合光催化劑材料，其吸收邊紅移至480 nm，且在可見光波段內有很高的吸收效率。二、為了解決TiO2與石墨烯兩種不同價鍵狀態複合單元的複合界面及其電荷輸運效率的問題，構造了TiO2@C/Graphene異質結構複合光催化劑，利用無定形碳作為TiO2納米晶與石墨烯二維平面之間的異質結構界面，提高了TiO2與石墨烯有效複合界面結合強度及其界面電荷輸運效率，提升了其可見光催化活性。首先，採用水熱法製備了TiO2納米晶，通過熱處理調節了樣品表面碳膜的厚度和表面無序度。隨後將碳包覆的TiO2與石墨烯進行複合，獲得了一系列異質結構複合樣品。結果驗證了TiO2表面的無定形碳，在一定厚度和無序度的狀態下，可作為優異的異質結構複合界面，起到的橋接TiO2與石墨烯以及抑制光生載流子複合的作用。三、為了解決有效利用近紅外波段光能量的問題，採用溫和的水熱法構造了NaYF4:Yb,Tm@TiO2核殼異質結構複合物，殼層TiO2高度晶化且厚度可控，所得樣品獲得了良好的近紅外光催化活性。首先，利用水熱法合成了稀土摻雜的NaYF4納米材料；隨後，通過研究其晶型、形貌以及摻雜配比對於其上轉換髮光性能的影響，最佳化了NaYF4:Yb,Tm微米棒的發光性能，獲得了具有最高紫外光發光效率的摻雜配比與製備條件。在溫和條件下，均勻、可調地在上轉換氟化物微米棒表面包覆高度晶化的銳鈦礦相納米晶異質結構殼層，獲得了具有緊密複合界面的NaYF4:Yb,Tm@TiO2核殼光催化劑。
