纳米尺寸多酸基复合材料修饰电极的制备及其光电催化性能的研究

Nano-scale polyoxometalate-titania (POM-TiO(2)) composite film electrodes will be prepared by the methode of sol-gel via spin-coating or dip-coating technique. In this photoelectrocatalytic system, the photoinduced-electrons will move to the counter electrode under an application of voltage or current on POM-TiO(2) composite film electrodes that can retard effectively the fast electron-hole recombination on the suface of POM-TiO(2), and consequently enhance the photoelectrochemical response. In addition, it can resolve the question of separation of catalyst from the system after experiment and promote the efficiency of catalyst, that the POM-TiO(2) composite film acts as photocatalyst, as well as electrode. A three-electrode system composed of POM-TiO(2) composite photoelectrode as the working electrode, Pt foil as the counter electrode and saturated calomel electrode (SCE) as the reference electrode will be used for the photoelectrocatalytic degradation of nitrite, azo dyes, some antibiotics and so on.

本课题拟采用溶胶-凝胶法结合旋涂技术或提拉制膜技术，在导电玻璃（ITO）上制备出具有纳米尺寸和较高光化学活性的钨系多金属氧酸盐(简称多酸，POM)-二氧化钛（TiO(2)）复合薄膜电极。在此光电催化系统中，借助对POM-TiO(2)薄膜电极施加一定的电压或电流的方法迫使光生电子向对电极方向移动，降低光生电子和光生空穴的复合几率，提高光电催化效率。另外，POM-TiO(2)复合薄膜光电极既作光催化剂也作电极，解决了催化剂使用后难于分离的问题，提高了催化剂的利用效率。POM-TiO(2)复合薄膜光电极为工作电极，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，可见光辐照下，对废水中主要的无机和有机污染物，包括亚硝酸盐、偶氮染料和一些四环素类、磺胺类抗生素等光电催化降解进行了研究。

本项目针对多相光催化反应中，量子产率低以及催化剂难于分离的问题，通过复合电极的制备以及材料的形貌调控来优化材料催化性能。.1. 二氧化钛基复合电极的制备及光电催化性能研究.（1）H3PW12O40-TiO2-ITO，H4SiW12O40-TiO2-ITO薄膜电极的制备及光电降解性能研究.利用溶胶凝胶结合旋涂技术，通过程序升温结合低温煅烧在ITO导电玻璃上得到稳定的H3PW12O40-TiO2-ITO，H4SiW12O40-TiO2-ITO薄膜电极。利用H3PW12O40-TiO2-ITO薄膜电极为工作电极的三电极体系，紫外光（λ=365nm）辐照下，检测到葡萄糖、邻苯二甲酸氢钾信号。400秒，5mg/L 和10mg/L葡萄糖和邻苯二甲酸氢钾被氧化降解完全，转化率可达100%。.（2）TiO2-ITO薄膜电极的制备及光电降解异丙醇 .利用相同的方法制备TiO2-ITO薄膜电极。利用TiO2-ITO薄膜电极为工作电极的三电极体系，紫外光辐照下，检测到异丙醇的信号，400秒5mg/L的异丙醇被氧化降解完全。.（3）石墨烯电极的制备及催化氧化抗坏血酸.利用溶胶凝胶法制备了石墨烯电极，由于石墨烯具有优良的导电性和较大比表面积，电极电化学性能得到改善。该电极对抗坏血酸具有较高的催化氧化活性和较好的选择性。.2. 二氧化钛基复合材料的制备及光催化性能研究.（1）TiO2/rGO的复合材料的制备及其可见光降解染料甲基橙.通过简单的溶剂热方法成功制备出TiO2/rGO的复合材料，而且二氧化钛纳米球在石墨烯表面能够均匀分布并通过对不同石墨烯含量的产物进行性质研究，探讨了石墨烯的加入对二氧化钛光催化活性的影响。.（2）级次结构3D花状二氧化钛微球的制备及其光催化性能.采用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）作为反应介质，成功的制备了具有级次结构的二氧化钛微米球。通过调节二乙醇胺的含量以及反应时间对产物的形貌生长机理进行了探讨。由于材料的比表面积较大而且晶型较好，所以具有较高的光催化活性。.（3）溶剂法制备具有两种晶型的二氧化钛空心结构及其光催化性质.以草酸为络合剂及形貌控制剂，通过溶剂热反应，合成了具有两种晶型（金红石与锐钛矿）的二氧化钛微米球。该微球是由外层一维的纳米棒和内层零维的纳米粒子组成。由于锐钛矿和金红石的协同作用，所制备产物的光催化性质有了极大提高。