基于静电纺丝法制备钛、钒基复合纳米纤维及其可见光下催化性能研究

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以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为模板剂,乙醇(C2H5OH)为溶剂,钛酸正丁酯为钛源,氧化石墨烯(GO)为改性剂,通过静电纺丝法和焙烧处理,得到连续纳米结构的还原氧化石墨烯/氧化钛(RGO/Ti O2,RT)复合纤维。所制备的RT复合纤维具有直径小,表面的羟基自由基浓度高和光吸收性能强的特点,在亚甲基蓝(MB)的降解中RT比纯Ti O2和催化剂P25有更高的降解效率;并且当控制煅烧温度为450℃时,对MB的降解效果最佳。以PVP为模板剂,二甲基甲酰胺(DMF)和乙醇为溶剂,乙酰丙酮钒为钒源,导电玻璃(FTO)为载体,通过静电纺丝法制备RGO/V2O5/FTO(RVF)复合光电极。研究发现经过500℃控温焙烧后,PVP完全分解,附着于FTO上的RGO/V2O5(RV)呈纳米棒状结构;RGO的引入有效降低了光生电子-空穴的复合率,提高催化剂表面的羟基自由基浓度,使得复合光电极的催化性能明显高于纯V2O5/FTO(VF);另外,RGO浓度影响RVF光电催化性能,发现GO的加入量为5%时,催化效率最高。采用相同的制备工艺,以三水硝酸铜(Cu(NO32·3H2O)为铜源,代替GO,通过静电纺丝法制备Cu O/V2O5/FTO复合光电极(CVF)。经过500℃控温焙烧后,材料仍保持纤维形貌,直径分布在150-200nm之间;Cu O与V2O5能有效复合,构建p-n异质结,提高光生电子和空穴的分离效率,使其光电催化活性比纯V2O5/FTO(VF)有明显提高;另外,Cu O与V2O5的比例严重影响其光电催化性,当n(Cu):n(V)=1:1时,CVF对MB降解效率最高,达到96%,并且具有良好的重复使用性能。采用相同的制备工艺,以钨酸铵(H40N10W12·x H2O)为钨源,制备了WO3/V2O5/FTO光电极(WVF),发现其光电催化性能比纯V2O5/FTO电极(VF)强,这归功于WO3与V2O5间异质结形成,加速光生电子-空穴对的分离;当n(V)/n(W)为1:2时催化率最高,对MB的降解率达95%;并且具有良好的重复使用性能。
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