蓝色TiO2(B)纳米棒的制备及应用性能研究

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半导体光催化剂于光催化微生物耦合,降解有机污染物,产氢,染料敏化太阳能电池和锂离子电池等众多领域被广泛应用。在众多的半导体催化剂中,TiO2受到广泛关注的原因是价格便宜,无毒性,高化学稳定性和超好的光催化活性。然而,TiO2具有以下几点缺陷,带隙能为3.2 eV,带隙太宽以至于不能吸收可见光;载流子较高的复合率使得光催化性能受到严重影响。最近,用三价钛自掺杂的方法来合成黑色TiO2由于具有良好的可见光和近红外光的吸收能力,从而成为了研究的热点。而由于试剂所用量的不同,制备出的催化剂的颜色深浅也不同,广义上称为黑色。  本文运用溶胶-凝胶法结合水热法和固态还原法,在350℃氮气条件下煅烧制备了蓝色TiO2(B)纳米棒光催化剂,同时也探讨了制备材料的光催化机理,更进一步研究了制备的样品对罗丹明B的降解效果以及光电转化和光解水制氢能力。采用SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-vis等表征手段表明制备的窄带隙蓝色纳米棒是TiO2(B)相,是三价钛自掺杂,也是一维棒状纳米结构。根据实验结果得出蓝色TiO2(B)纳米棒的禁带宽度为2.61 eV,在可见光区域吸收能力强。催化剂光催化降解罗丹明B的效率很高为97.01%,最高的光电流密度为56μA cm-2,光解水制氢量达到149.2μmol h-1 g-1,提高的光催化性能是TiO2(B)相,三价钛自掺杂和单晶一维纳米结构的协同作用导致的,可以充分利用可见光,光生载流子发生有效分离和传输。
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