二氧化钛_石墨烯复合光催化材料的合成及其性能的研究.pdf

摘要

过度使用化石燃料不仅导致环境污染，还引发了能源短缺问题。鉴于此，迫切

需要开发清洁、廉价的能源，以减少环境污染并缓解能源危机。在这一背景下，太

阳能开发利用变得尤为重要。光催化技术是一项有望解决这些问题的技术，它能利

用太阳能分解水制取氢气，或者将二氧化碳还原为碳氢燃料（甲烷、甲醇等），其

具有环境友好和缓解能源危机等诸多优势。各种光催化剂中，二氧化钛（TiO）因

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其价格低廉、安全无毒等特点而备受瞩目。然而，TiO2的缺点包括可见光利用率低

和光生载流子复合速率快，这些限制了其实际应用。为解决以上问题，近年来研究

者已经做出了许多努力，包括金属离子掺杂、复合材料制备、贵金属负载、异质结

构构建和染料敏化等方法。本文通过将二氧化钛分别与氧化石墨烯和钒酸铋复合

来改善其光催化性能。主要内容如下：

1.采用水热合成方法合成了不同氧化石墨烯（GO）含量的TiO/GO/Ni二维纳

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米片样品。系统地研究了GO对TiO2的结构、形貌和光学性能的影响。与不含GO

的TiO2相比，TGN0.5的制备使催化剂的光催化性能显著提高，产氢速率达到1332

μmol·g-1·h-1。引入GO和Ni增强了对可见光的吸收，并降低了光生电子空穴对

的复合速率。同时，其薄片状形态，在反应过程中能够提供更大的比表面积和活性

反应位点，使水分子能够充分接触和反应。因此，在光催化产氢过程中，样品显示

出相当大的光催化活性。

2.通过水热法制备了氨基修饰的二氧化钛与钒酸铋复合的光催化剂。通过电

化学测试的表征手段，揭示了复合材料活性增强的原因。首先，氨基修饰的二氧化

钛具有更多的活性位点，这一特性使得复合材料在光催化反应中表现出更高的活

性。此外，氨基修饰还会引入氮掺杂，这进一步增强了二氧化钛对可见光的吸收能

力，从而提高了光催化反应的效率。最后，二氧化钛与钒酸铋之间形成了S型异质

结。这种异质结的存在促进了光生载流子的分离，抑制其复合过程，从而有效提高

了光电催化效率。

关键词：TiO，氧化石墨烯，异质结，光催化制氢，光电催化

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ABSTRACT

Theexcessiveuseoffossilfuelsnotonlycausesenvironmentalpollution,butalso

causesenergyshortage.Inviewofthis,thereisanurgentneedtodevelopcleanandcheap

energytoreduceenvironmentalpollutionandalleviatetheenergycrisis.Inthiscontext,

thedevelopmentandutilizationofsolarenergyhasbecomeparticularlyimportant.

Photocatalysistechnologyisatechnologythatisexpectedtosolvetheseproblems,itcan

usesolarenergytodecomposewatertoproducehydrogen,orreducecarbondioxideto

hydrocarbonfuel(methane,methanol,etc.),whichhasmanyadvantagessuchas

environmentalfriendlinessandeasingenergycrisis.Amongallkindsofphotocatalysts,

titaniumdioxide(TiO)hasattractedmuchattentionbecauseofitslowprice,safetyand