Ag、Cu元素共掺杂TiO2纳米管制备及光催化性能研究

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由于二氧化钛无毒、廉价,而且化学性质稳定,因此被广泛应用于光催化领域。在众多微观结构中,TiO2纳米管因其具有高比表面积、高电子转移特性等而备受关注。本实验通过阳极氧化法制得TiO2纳米管,并以此为基底采用电化学沉积法制备了Cu2O/TiO2纳米管、Ag/TiO2纳米管以及Ag/Cu2O/TiO2纳米管,并对其物理化学性能及光催化性能进行了研究,具体结果总结如下:首先,通过阳极氧化法在电压为50 V、时间为2 h的条件下,制得顶部开口、结构规整的TiO2纳米管;以TiO2纳米管为基体,在沉积时间及沉积电压不变的条件下,通过调控前驱体的浓度以及沉积电压,控制Cu2O的沉积量,制备了一系列的Cu2O/TiO2纳米管。研究结果表明,随着沉积电压增大,Cu2O呈现出树枝状形貌堆积在TiO2纳米管管口顶端,XRD与XPS分析均表明有Cu2O的形成;当前驱体浓度为20 m M、沉积电压为3 V时,在光照条件下Cu2O/TiO2纳米管所产生的电流密度达到了0.975 m A/cm~2,对应光电转化率为22.08%,理论产氢量达到18.19μmol·cm-2·h-1;当沉积电压为5 V时,Cu2O/TiO2纳米管材料对罗丹明B(Rh B)的光催化降解效果最好,降解率达到80.5%。其次,采用电化学沉积法将Ag纳米颗粒负载在TiO2纳米管上,通过调控沉积电压制备了一系列的Ag/TiO2纳米管复合材料,表征结果显示,电化学沉积所产生的Ag纳米颗粒在TiO2纳米管表面呈团聚状,部分进入到TiO2纳米管内部,主要由Ag单质和氧化物两种形式组成;与纯TiO2纳米管相比,Ag/TiO2纳米管的光生电流密度显著增强,且光电流较为稳定,当沉积电压为1 V时,光生电流密度达到了0.675 m A/cm~2,对应光电转化率达到15.28%,理论产氢量为12.59μmol·cm-2·h-1;当电沉积电压为3 V时,Ag/TiO2纳米管针对Rh B的降解效果最高,降解率达到76.7%。最后,采用电化学沉积法将Cu和Ag共掺杂在TiO2纳米管内部,通过调控沉积电压制备出一系列Ag/Cu2O/TiO2纳米管。结果表明:Cu元素的主要存在形式为Cu2O,Ag元素有Ag单质和Ag的氧化物两种存在形式;当沉积电压为2 V时,Ag/Cu2O/TiO2纳米管的光生电流密度达到1 m A/cm~2,对应光电转化率为22.65%,理论产氢量为18.66μmol·cm-2·h-1,与此同时复合纳米管针对Rh B的降解率达到79%;PL测试与EIS测试结果表明,Ag/Cu2O/TiO2纳米管催化剂能够有效抑制光生载流子的复合;Ag/Cu2O/TiO2纳米管的光吸收范围扩展到可见区域(约520 nm),禁带宽度约为2.38 e V。
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