金属改性TiO2纳米管阵列光电催化还原Cr(VI)的研究

摘要

TiO2纳米管阵列作为高效的光催化剂，因其特殊的表面结构被用于光催化和光电催化的领域。利用TiO2纳米管阵列光催化和光电催化可以除去重金属和难降解的污染物，并且不易造成二次污染，因此成为广大学者的研究热点。
　　本文利用阳极氧化法制备了形貌高度有序的TiO2纳米管阵列，通过对水基体系和乙二醇有机体系下制备的TiO2纳米管阵列进行比较，发现有机体系下生长的TiO2纳米管阵列具有更好的光电性能和光催化活性。在有机体系制备的TiO2纳米管阵列的基础上，利用光还原法在TiO2纳米管阵列表面负载了Cu颗粒，当CuSO4溶液的浓度为0.01 mol L-1时，具有最佳负载量，Cu/TiO2纳米管阵列的光电性能最佳，在偏压为2V时，光电流密度达到0.66 mAcm-2，是未修饰TiO2纳米管阵列的1.7倍，最大光转化效率为7.42％。在pH=2.5，Cr(VI)的初始浓度为20mg L-1时，还原时间为40 min，Cr(VI)的光催化还原效果最好，去除率达到78%。采用阴极电沉积的方法制备了Ni/TiO2纳米管阵列样品，最佳制备条件为沉积电位为-1.5 V，沉积时间为60 s，NiSO4浓度为0.05 mol L-1。此条件下制备的Ni/TiO2纳米管阵列光电流密度达到1.04 mA cm-2，是未修饰的2.7倍，最大光转化效率为13.05%。在pH=2.5，Cr(VI)的初始浓度为20 mg L-1时，在电催化、直接光解、光催化以及光电催化的反应过程中，光电催化过程中Cr(VI)的去除率最高，达到58.3%，并且高于电催化和光催化的总和，说明发生了光电协同效应。最后利用Ni/TiO2纳米管阵列样品作为光阳极，Pt电极作为阴极，建立了光催化燃料电池(PFC)，并对Cr(VI)进行催化还原，初始pH值为2.56时，Cr(VI)的去除率为47.1%，说明PFC可以对光生电子和空穴进行有效分离。

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第1章 绪 论

1.1含铬废水的危害及治理现状

1.2 TiO2纳米管光催化和光电催化技术的研究进展

1.3 金属改性TiO2的研究现状

1.4 本课题的研究意义及研究内容

第2章 实验材料与研究方法

2.1 实验试剂与仪器

2.2表征方法

2.3 光电化学性能测试

2.4 TiO2纳米管阵列的制备

2.5光催化燃料电池的构建及性能评价

2.6 光催化和光电催化处理含铬废水实验

2.6 本章小结

第3章 阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列及性能研究

3.1无机电解液体系TiO2纳米管阵列的表面形貌

3.2有机电解液体系TiO2纳米管阵列的表面形貌

3.3 不同电解液体系TiO2纳米管阵列的光电性能对比

3.4 TiO2纳米管阵列生长机理

3.5 本章小结

第4章 Cu/TiO2纳米管阵列的制备及性能研究

4.1 Cu/TiO2纳米管阵列的表征分析

4.2 Cu/TiO2纳米管阵列的光电性能

4.3 Cu/TiO2纳米管阵列光催化还原Cr(VI)的实验研究

4.4 金属修饰TiO2纳米管阵列性能增强机理分析

4.5 本章小结

第5章 Ni/TiO2纳米管阵列的制备及性能研究

5.1 Ni电沉积过程研究

5.2 不同沉积电位对Ni/TiO2纳米管阵列形貌及光电性能影响

5.3不同沉积时间对Ni/TiO2纳米管阵列形貌及光电性能影响

5.4 不同浓度NiSO4溶液对Ni/TiO2纳米管阵列形貌及光电性能影响

5.5 Ni/TiO2纳米管阵列光电催化还原Cr(VI)的实验研究

5.6 本章小结

第6章 光催化燃料电池的性能研究

6.1 不同因素对PFC产电性能的影响

6.2 不同反应方式对Cr(VI)还原效果的影响

6.3 不同pH值下PFC对Cr(VI)的还原效果

6.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期发表的论文和取得的科研成果

致谢