半导体修饰TiO2纳米纤维与光催化应用

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纳米技术是21世纪最具发展潜力的新技术之一。纳米光催化材料由于其具有小尺寸、大比表面积和优异的光转换效率和电子输运特性等优点而引起了各国光催化研究者们高度的重视。近年来,随着全球环保意识的深化,用光催化技术去除有机污染物已引起了广泛的关注和快速的发展。本论文以静电纺丝技术构筑一维纳米结构思路为基础,制备了二氧化钛(TiO2)功能性纳米纤维,并以提高TiO2纳米纤维的光催化活性和复合材料的稳定性为研究重点,以去除有机污染物为目标,合成了CdS-TiO2复合纳米纤维,同时研究添加牺牲剂和修饰保护物质两种途径来提高复合材料的稳定性和重复利用率,以推进高效催化剂的实际应用,具体内容如下:(1) CdS-TiO2纳米纤维的制备、表征和光催化应用。在利用静电纺丝方法制备出TiO2纳米纤维的基础上,通过连续离子层吸附法将CdS纳米颗粒沉积至一维TiO2纳米纤维上,得到CdS-TiO2异质结复合纳米纤维,并应用于光催化降解染料污染物亚甲基蓝(MB)。结果表明,CdS纳米颗粒均匀分布在TiO2纳米纤维上,与纯的TiO2纳米纤维相比,CdS-TiO2异质结的光吸收带明显红移且吸收强度增大。在模拟可见光(≥420nm)光照120min后,CdS-TiO2纳米纤维对MB的光降解效率为76.0%,明显高于纯TiO2纳米纤维的43.5%。此外,在添加Na2S–Na2SO3体系牺牲剂条件下,CdS-TiO2纳米纤维对MB的降解效率首次为98.8%,经过3次120min光降解循环后的降解效率仍高达95.3%,降解效率仅下降3.3%。添加Na2S–Na2SO3牺牲剂不仅有效地抑制CdS的光腐蚀性,同时提高了复合材料的光催化降解效率。(2) ZnS/CdS-TiO2纳米纤维的制备、表征和光催化应用。采用静电纺丝技术和连续离子层吸附法获得具有高光催化活性的ZnS/CdS-TiO2三元复合纳米纤维,并对复合纳米纤维的形貌、晶体结构、光电性质和光催化性能进行表征,重点考查了该复合纳米纤维的光稳定性。CdS-TiO2纳米纤维在使用3次120min以后的对MB的光降解效率下降11.3%,而ZnS/CdS-TiO2纳米纤维在光催化360min后对MB降解效率几乎没有变化,仅下降1.9%。因而,宽禁带半导体的引入,提高了体系光催化活性的稳定性,并推进高效催化剂的实际应用。
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