摘要
半导体光催化技术，如光催化分解水产氢与光催化降解有机污染物技术，具有低能耗、易操作、环境友好等突出优点，为解决能源和环境问题提供了一条有效的途径。TiO2作为现研究最广泛的半导体材料具有廉价无毒、稳定性好等优点，但纯的TiO2只能吸收波长小于387 nm的紫外光，仅占太阳光的3.5％，而且存在比表面积小、易团聚、光催化效率低等问题，所以TiO2复合材料已成为现在研究的热点。本论文以提高TiO2对太阳光的吸收范围、增大TiO2比表面积、增加反应活性位点、提高光生电子空穴分离效率为出发点制备了TiO2/g-C3N4和TiO2/石墨烯复合材料，并表征测试了各材料的形貌、结构及光催化性能。 1.TiO2/g-C3N4超薄纳米片的制备及光催化性能研究 通过原位生长法制备超薄TiO2/g-C3N4复合物，两者之间通过氢键相连，该材料的厚度在3 nm左右，横向尺寸在100 nm-2μn。与之前报道的TiO2/g-C3N4复合材料相比，实现了TiO2和g-C3N4两种超薄二维纳米片的复合，其中TiO2的暴露面为高活性的锐钛矿相(010)面;g-C3N4的引入，增强了TiO2在可见光区的光吸收，两种超薄纳米片紧密、均一的复合形成面面接触的异质界面，提高了光生电子的传输和分离速率;超薄纳米片具有更大的比表面积，能提供更多的反应活性位点;因超薄结构具有纵向量子限制效应，增大了禁带宽度，提高了自身的氧化还原能力。因此，将g-C3N4与TiO2这两种超薄纳米片复合，显著提高了光催化产氢及光催化降解有机污染物的性能。 2.石墨烯基TiO2纳米棒及超细纳米线光催化降解性能研究 在石墨烯气凝胶上生长TiO2纳米棒(NRs)和超细纳米线(uNWs)，研究了具有不同形貌和比表面的TiO2与石墨烯形成的异质界面对光降解性能的影响。与纯TiO2NRs和纯TiO2 NWs相比，石墨烯负载的TiO2 NRs的尺寸和TiO2 NWs的直径明显减小，具有更大的比表面积。超细的TiO2 NWs模糊了表面缺陷与体相缺陷之间的界限，形成了大量的界面缺陷，更大程度的修饰了带隙，生成多个中间能级。因此，石墨烯负载的TiO2超细纳米线，在弱搅拌光催化体系下，比TiO2石墨烯负载的TiO2纳米棒具有更好的光催化降解性能。
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