TiO_2基复合光催化剂的合成及其降解挥发性有机化合物的应用

1、TiO_2 基复合光催化剂的合成及其降解挥发性有机化合物的应用在降解挥发性有机化合物（VolatileOrganic Compounds,VOCs）、净化室内空气方面 , 基于半导体的光催化氧化技术具有广泛的应用前景。TiO2材料廉价无毒、储量丰富、理化性质稳定、催化活性高, 在光催化氧化技术中备受青睐。但是将 TiO2材料应用于室内空气净化仍存在着一些局限性, 例如 : 禁带宽度（ 3.03.2eV ）较大 , 光响应范围窄 , 对太阳光或其它室内光源的吸收利用率低 ; 光生电子和空穴复合率高 , 量子效率低 ; 且光催化剂对空气中的污染物气体分子的吸附性有待提高。针对以上几个问题 , 本课

2、题选择应用广泛的商业二氧化钛 P25 为原料 , 以拓展可见光响应范围、减少光生载流子复合率和提高催化剂吸附性能为目的 , 从绿色环保、经济实惠的角度出发 , 分别采用Fe2O3和碳量子点对 TiO2进行改性 , 制备可见光下光催化活性提高的复合光催化剂, 并探索其在降解 VOCs、净化空气中的应用。研究内容如下 : （ 1）通过浸渍 - 煅烧的方法在 TiO2颗粒表面原位生长纳米 Fe2O3,构筑Fe2O3/TiO2异质结半导体复合材料。通过研究该复合材料的形貌结构、化学价态及吸光特性等, 可知Fe2O3与 TiO2以化学键方式结合牢固, 使TiO2表面晶格产生了一定程度的畸变, 且Fe2O

3、3的引入在 TiO2的能带结构中形成中间能级使半导体禁带宽度减小, 对可见光的吸收率增加。另一方面 ,Fe2O3作为窄禁带半导体 , 自身能够被可见光激发产生光生载流子, 与 TiO2半导体构成异质结后光生载流子的分离效率也有所提高。 通过在家用荧光灯下测试复合材料光催化降解流动相乙醛和邻二甲苯气体可知 ,Fe2O3/TiO2 复合材料与商业二氧化钛P25 相比 , 光催化降解效率均提高。但是在光降解乙醛的实验中, 复合材料出现了失活现象, 这可能与中间产物乙酸的积累导致Fe2O3被腐蚀有关。 而在光降解邻二甲苯的实验中 , 复合材料表现出优异的光催化活性及良好的稳定性。本研究比较了 Fe2O

4、3/TiO2复合材料对不同流动相 VOCs的光降解作用并研究其相关机制, 为其在空气净化中的应用提供了新的视角。（2）通过用具有上转换发光特性的碳量子点对TiO2进行表面修饰 , 以实现提高 TiO2基光催化剂的可见光催化活性。在实验中意外地发现 , 与碳量子点复合之后 ,TiO2 中产生了Ti3+ 离子缺陷态 , 复合材料的紫外可见吸收边发生红移, 对可见光吸收增强 ;Ti3+ 离子的存在还有助于吸附O2, 而催化剂表面的吸附氧可以捕获光生电子, 促进光生载流子分离。 其次 , 碳量子点具有优异的电学性能和光学性能 , 碳量子点本身的光学特性能够促进复合材料对可见光的吸收利用 , 并且还能充当电子受体捕获TiO2中形成的光生电子 , 从而抑制光生载流子的快速复合。另外 , 实验中证明由于碳量子点具有高比表面积以及含氧官能团, 使得复合材料对有机污染气体的吸附性能大大提高。在光催化降解流动相乙醛气体的实验中 , 碳量子点 /TiO2 复合材料与商业二氧化钛 P25 相比 , 对乙醛的降解性能明显提升 , 并且在可见光下也具