TiO_2基復(fù)合光催化劑的合成及其降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的應(yīng)用

1、TiO_2 基復(fù)合光催化劑的合成及其降解揮發(fā)性有機(jī)化合物的應(yīng)用在降解揮發(fā)性有機(jī)化合物（VolatileOrganic Compounds,VOCs）、凈化室內(nèi)空氣方面 , 基于半導(dǎo)體的光催化氧化技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。TiO2材料廉價無毒、儲量豐富、理化性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高, 在光催化氧化技術(shù)中備受青睞。但是將 TiO2材料應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化仍存在著一些局限性, 例如 : 禁帶寬度（ 3.03.2eV ）較大 , 光響應(yīng)范圍窄 , 對太陽光或其它室內(nèi)光源的吸收利用率低 ; 光生電子和空穴復(fù)合率高 , 量子效率低 ; 且光催化劑對空氣中的污染物氣體分子的吸附性有待提高。針對以上幾個問題 , 本課

2、題選擇應(yīng)用廣泛的商業(yè)二氧化鈦 P25 為原料 , 以拓展可見光響應(yīng)范圍、減少光生載流子復(fù)合率和提高催化劑吸附性能為目的 , 從綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的角度出發(fā) , 分別采用Fe2O3和碳量子點(diǎn)對 TiO2進(jìn)行改性 , 制備可見光下光催化活性提高的復(fù)合光催化劑, 并探索其在降解 VOCs、凈化空氣中的應(yīng)用。研究內(nèi)容如下 : （ 1）通過浸漬 - 煅燒的方法在 TiO2顆粒表面原位生長納米 Fe2O3,構(gòu)筑Fe2O3/TiO2異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體復(fù)合材料。通過研究該復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)、化學(xué)價態(tài)及吸光特性等, 可知Fe2O3與 TiO2以化學(xué)鍵方式結(jié)合牢固, 使TiO2表面晶格產(chǎn)生了一定程度的畸變, 且Fe2O

3、3的引入在 TiO2的能帶結(jié)構(gòu)中形成中間能級使半導(dǎo)體禁帶寬度減小, 對可見光的吸收率增加。另一方面 ,Fe2O3作為窄禁帶半導(dǎo)體 , 自身能夠被可見光激發(fā)產(chǎn)生光生載流子, 與 TiO2半導(dǎo)體構(gòu)成異質(zhì)結(jié)后光生載流子的分離效率也有所提高。 通過在家用熒光燈下測試復(fù)合材料光催化降解流動相乙醛和鄰二甲苯氣體可知 ,Fe2O3/TiO2 復(fù)合材料與商業(yè)二氧化鈦P25 相比 , 光催化降解效率均提高。但是在光降解乙醛的實(shí)驗(yàn)中, 復(fù)合材料出現(xiàn)了失活現(xiàn)象, 這可能與中間產(chǎn)物乙酸的積累導(dǎo)致Fe2O3被腐蝕有關(guān)。 而在光降解鄰二甲苯的實(shí)驗(yàn)中 , 復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性及良好的穩(wěn)定性。本研究比較了 Fe2O

4、3/TiO2復(fù)合材料對不同流動相 VOCs的光降解作用并研究其相關(guān)機(jī)制, 為其在空氣凈化中的應(yīng)用提供了新的視角。（2）通過用具有上轉(zhuǎn)換發(fā)光特性的碳量子點(diǎn)對TiO2進(jìn)行表面修飾 , 以實(shí)現(xiàn)提高 TiO2基光催化劑的可見光催化活性。在實(shí)驗(yàn)中意外地發(fā)現(xiàn) , 與碳量子點(diǎn)復(fù)合之后 ,TiO2 中產(chǎn)生了Ti3+ 離子缺陷態(tài) , 復(fù)合材料的紫外可見吸收邊發(fā)生紅移, 對可見光吸收增強(qiáng) ;Ti3+ 離子的存在還有助于吸附O2, 而催化劑表面的吸附氧可以捕獲光生電子, 促進(jìn)光生載流子分離。 其次 , 碳量子點(diǎn)具有優(yōu)異的電學(xué)性能和光學(xué)性能 , 碳量子點(diǎn)本身的光學(xué)特性能夠促進(jìn)復(fù)合材料對可見光的吸收利用 , 并且還能充當(dāng)電子受體捕獲TiO2中形成的光生電子 , 從而抑制光生載流子的快速復(fù)合。另外 , 實(shí)驗(yàn)中證明由于碳量子點(diǎn)具有高比表面積以及含氧官能團(tuán), 使得復(fù)合材料對有機(jī)污染氣體的吸附性能大大提高。在光催化降解流動相乙醛氣體的實(shí)驗(yàn)中 , 碳量子點(diǎn) /TiO2 復(fù)合材料與商業(yè)二氧化鈦 P25 相比 , 對乙醛的降解性能明顯提升 , 并且在可見光下也具