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GO/g-CN/TiO三元异质结的构建及其光催化抗菌性能研究

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摘要

海洋生物污损会造成船重、能耗增加，海洋仪器传感器失去功能，石油平台遭受破

坏，堵塞网眼引起海洋养殖业产量下降等问题。TiO2光催化抗菌剂因为具有广谱、化学

稳定性优异和环境友好等优点在海洋防污领域得到了广泛的关注。然而，其仅吸收占太

阳光4%的紫外光，且存在光生载流子复合率高的问题，光催化抗菌效率有限，难以满

足实际需求。本文针对TiO2可见光吸收能力差和光生载流子复合率高的问题，将可见

光响应的g-CN与高导电零带隙的GO引入，分别采用碱热法和原位合成法构建了不同

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类型的GO/g-CN/TiO三元异质结，通过组分配比和工艺参数优化调控了

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GO/g-CN/TiO异质结构。对其形貌、物相、元素组成和分子结构进行了表征分析，系

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统评价了GO/g-CN/TiO可见光催化抗菌性能，并阐明了异质结光学吸收和响应特性、

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光生载流子活性和寿命与抗菌性能之间的内在关系，实验研究和DFT理论计算相结合

揭示了GO/g-CN/TiO的电荷转移机制。最后，针对海洋防污需求，制备了

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GO/g-CN/TiO改性PVA水凝胶植绒层，建立了光催化剂粉体固定化适配材料体系。

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以P25（商用TiO）、g-CN及单层GO为原料，采用碱热法制备了半导体-石墨

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烯型GO/g-CN/TiO异质结光催化剂。其最佳组分配比为TiO:g-CN:GO=100:2.5:2.5，

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可见光下亚甲基蓝（MB）光催化降解率达到97.7%。GO/g-CN/TiO光生载流子传输

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电阻急剧降低，表明GO的引入可显著加速光生载流子的转移。然而，其光谱吸收范围

仅拓展到440.49nm，可见光吸收能力仅小幅提高，对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄

球菌（S.aureus）的抗菌率分别为18.1%和43.2%，光催化抗菌性能有待提高。

以TBOT作为钛源，采用原位合成法制备具有薄插层互联结构的S型

GO/g-CN/TiO异质结光催化剂，其最佳煅烧温度为500°C，最佳组分配比为

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TiO:g-CN:GO=100:80:2.5，可见光下对海洋常见菌种E.coli、S.aureus和Marinobacter

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lipolyticusSM19（T）的抗菌率分别为98.2%、98.7%和99.0%；GO/g-CN/TiO光谱吸

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收范围拓展至595.02nm，带隙值Eg急剧降低至2.55eV，对可见光的吸收能力大幅提

高；其可见光激发光电流密度值是GO/TiO的4.29倍、TiO的16.85倍、g-CN的48.39

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倍，并具有最小的