纳米SnS2和TiO2复合材料的制备及其光催化性能的研究

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医药,染料,生化等工业部门排放的有机废水造成的污染,已经严重威胁到人类的生存环境。采用传统的生物、物理、化学处理方法不能从根本上消除污染物,而采用光催化降解技术却可以有效地利用取之不尽的太阳能,在催化剂作用下有机物分解为无毒的CO2和H20等小分子。纳米TiO2因其化学性质稳定、成本低、无毒而引起人们的注意。但是,Ti02在实际应用中又存在一定的缺陷,一方面,Ti02禁带较宽(锐钛矿相Eg=3.2eV),只能利用波长在380nm以下的紫外光,因而其实际应用受到了限制;另一方面,TiO2半导体表面上的载流子极易复合,从而降低了其光催化作用。因此,本文采用简单快速的水热法来合成纳米TiO2复合物,进而最大限度地利用太阳光,促进光生电子-空穴的分离,提高光催化活性。本论文的主要研究内容:(1)采用SnCl4·5H2O、硫代乙酰胺(TAA)和TiO2为前躯体,在5%醋酸溶液中进行水热反应,制备出TiO2/SnS2复合材料(以TiO2为载体,采用不同量的SnS2纳米粒子来修饰TiO2)。采用扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等表征技术对所制备催化剂的结构进行表征。以甲基橙溶液为目标降解染料,在不同的光照下(波长为250-400,360-600和400-600nm)来研究它们的光催化活性。研究结果表明,TiO2/SnS2复合材料的光催化活性与复合物中SnS2的含量和光照强度有关。含有33%的SnS2的复合物在波长为250-400和360-600nm光照下光催化降解效率最高。但是,在400-600nm波长的光照下,TiO2/SnS2的光降解效率随着复合物中SnS2的含量的增加而增大,且复合材料的光催化活性均高于单纯的TiO2。(2)以TiCl3水溶液和SnS2固体粉末为前躯体,在160℃的高压反应釜中水热反应4小时,合成SnS2/Ti02复合材料(以SnS2为载体,水热合成不同量的金红石相Ti02来修饰SnS2纳米材料)。采用扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等表征技术对所制备催化剂的结构进行表征。在不同的光照(波长为360-600和400-600nm)下,测定催化剂对甲基橙溶液的降解效率。结果表明,SnS2/Ti02的光催化活性取决于复合物中金红石相TiO2的含量,含有26%的Ti02的复合材料表现出较高的光催化活性,且远远高于纯SnS2的光催化活性,而纯的金红石相TiO2对甲基橙几乎没有催化活性。
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