空盒状二氧化钛与石墨烯、卟啉复合物的制备及光催化性能

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TiO2作为半导体光催化材料吸收紫外光,产生电子/空穴对,与水和氧相互作用生成活性氧物种,氧化有机污染物,使其转变为CO2、水以及无机酸,给环境保护做出了一定贡献。但 TiO2在可见光区无吸收,对太阳能的利用率低,且其光生载流子易复合,极大地限制了其在光催化方面的应用。为此,本文采用了对它进行表面修饰来克服这两个缺点。石墨烯因其高的比表面积和高的载流子迁移率等,和TiO2复合后能起到降低光生载流子复合率等作用,提高其光催化活性。金属卟啉因中心配位金属有利于电子传递,在可见光区有较强吸收等优势成为良好的光敏化剂,与TiO2形成的“有机-无机”复合光敏催化材料能有效提高其在可见光下的降解效率。  基于此,本论文采用氧化石墨烯(GO)和四-(4-羧基)苯基锌卟啉(ZnTCPP)对TiO2表面进行修饰。具体研究结果如下:  1.根据文献,分别在300、400、500℃下采用煅烧TiOF2的方法合成(001)面暴露的空盒状的TiO2,当煅烧温度为300℃时,有一部分TiOF2残留,未完全转化为TiO2。参考文献中TiO2的形成机理,考虑到GO和TiO2复合可能会对TiOF2转化成TiO2产生的影响,我们采用TiOF2和GO为起始物设计合成了300℃下不同比例的TiO2和GO复合物,并研究了复合物在氙灯条件下降解罗丹明B的活性。实验结果表明,当GO的量适当时,TiOF2可完全转化为TiO2,且当TiOF2/GO的质量比为20/1时所合成复合物降解RhB的活性最高。  2.以 TiOF2和ZnTCPP为起始物,水热200℃合成不同质量比的TiO2-ZnTCPP复合物,HRTEM的结果显示复合物中TiO2具有高能面(001)面。探究了复合物在可见光下降解 RhB的活性,并参考文献对降解的机理做出了可能的解释。实验结果表明,以TiOF2/ZnTCPP的质量比为50/1时所合成的复合物降解效率最高。另外,还以煅烧法在600℃下合成(001}面暴露的空盒状TiO2,然后以回流法合成其和锌卟啉的复合物。进一步研究了复合物在可见光下的光催化活性,实验结果表明,当 TiO2/ZnTCPP的质量比为100/1和50/1时,TiO2-ZnTCPP的光催化活性相近,3h后降解率可达90%左右。  3.将2中水热法所制光催化活性最高的样品用DMF洗涤,去除以物理吸附形式存在于TiO2表面的卟啉,再将其与GO回流制备三元复合物,以RhB为目标降解物,探究了不同比例的复合物在可见光下的光催化活性,并与未洗过的TiO2-ZnTCPP复合物作比较。实验结果表明,虽然加入GO能有效的提高复合物的光催化活性,但和同比例未经洗涤的TiO2-ZnTCPP复合物相比并不存在优势。
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