石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料的合成及光催化性能研究

石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料的合成及光催化性能研究

摘要：石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料是一種具有潛在光催化性能的新型納米材料。本文以二氧化鈦作為基底材料，采用水熱法合成了石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料，并對其光催化性能進行了研究。結(jié)果表明，石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料具有優(yōu)異的光催化活性，可用于環(huán)境污染物的處理和水資源的凈化。

1.引言

光催化技術(shù)是一種利用光能激發(fā)催化劑表面反應的方法，具有高效、環(huán)保和可再生等特點。二氧化鈦由于其良好的化學穩(wěn)定性、光吸收特性和光催化活性而成為光催化材料的理想選擇。然而，單純的二氧化鈦光催化劑存在著結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性、能帶寬度窄和光生載流子的壽命短等問題，限制了其在光催化過程中的應用。因此，合成新型納米材料來改善二氧化鈦的光催化性能具有重要意義。

2.實驗方法

本研究采用水熱法合成石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料。首先，將石墨烯和硫酸銨加入氯化鈦溶液中，形成鈦硫絡合物。隨后，采用水熱反應在高溫下合成石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料。最后，通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)和紫外-可見漫反射光譜(UV-VisDRS)等儀器對樣品的形貌和結(jié)構(gòu)進行了表征。

3.結(jié)果與討論

掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示，制備的石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料具有均勻的顆粒形貌和較大的比表面積。X射線衍射儀(XRD)結(jié)果表明，復合材料的晶體結(jié)構(gòu)相對較好，且具有比單純的二氧化鈦更廣的光吸收范圍。紫外-可見漫反射光譜(UV-VisDRS)顯示，石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料的吸收峰紅移，可以有效增強材料對可見光的吸收。

通過對石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料的光催化性能進行研究，發(fā)現(xiàn)其在可見光照射下對羅丹明B的降解速率明顯提高。在不同的光照條件下，復合材料對羅丹明B的脫色率隨著時間的增加而增加。此外，通過對不同摻雜比例的石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料進行比較，發(fā)現(xiàn)摻雜比例為10%時光催化性能最佳。

4.結(jié)論

本研究成功合成了石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料，并對其光催化性能進行了研究。實驗結(jié)果表明，石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料具有優(yōu)異的光催化活性，可用于環(huán)境污染物的處理和水資源的凈化。該研究為開發(fā)新型高效光催化材料提供了一種新思路，并對其應用于環(huán)境保護和能源領域具有重要意義。進一步的研究可以進一步優(yōu)化石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料的制備工藝和提高其光催化性能綜上所述，石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料具有均勻的顆粒形貌、較大的比表面積和較好的晶體結(jié)構(gòu)。它展示了比單純二氧化鈦更廣的光吸收范圍，通過紅移吸收峰可以有效增強對可見光的吸收。研究結(jié)果表明，在可見光照射下，這種復合材料能夠顯著提高對羅丹明B的降解速率，并且隨著時間的增加，脫色率也增加。通過對不同摻雜比例的比較，發(fā)現(xiàn)10%的石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料具有最佳的光催化性能。因此，石墨烯-N,S共摻雜二氧化鈦復合材料有望成為一種應用于環(huán)境污染物處理和