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TiO_2CdS同轴异质结的制备及光催化性能研究
序言
如今，环境污染已经成为全球性问题，特别是水污染已经引起越来越多的关注。以光催化为代表的新型环保材料被广泛研究。钛酸盐类半导体是最常用的光催化剂之一，而CdS是一种优良的光吸收剂，并且在光催化反应中也具有特殊的活性。因此，将CdS和TiO2组成异质结，可以充分利用两种光催化材料的优点，提高光催化性能。本文主要研究TiO2/CdS同轴异质结的制备方法及其光催化性能。
实验方法
制备TiO2纳米线阵列
首先，在ITO导电玻璃上沉积一层Al薄膜，即为反射层。接着，在Al薄膜上进行阳极氧化处理，制得有序的TiO2纳米线阵列。可以控制氧化电压和氧化时间来调整纳米线的长度和直径。然后，将样品放在马弗炉中进行退火处理，以去除有机物残留并恢复氧化层结构。
制备CdS纳米粒子
在先前制备好的TiO2纳米线阵列表面沉积CdS纳米粒子。使用溶胶-凝胶法制备CdS溶胶，并将其滴在TiO2纳米线阵列表面，然后进行烘烤。可以通过调整CdS溶胶中金属离子、硫化剂和还原剂的浓度来控制CdS粒子的尺寸和形状。
制备TiO2/CdS同轴异质结
将CdS溶胶再次滴在已经沉积了CdS纳米粒子的TiO2表面，形成同轴异质结。再进行烧结和退火处理，使样品形成稳定结构和良好的光催化活性。
光催化性能测试
采用紫外-可见光光谱仪测试样品的吸收光谱特性。使用甲基橙和罗丹明B作为模型污染物，测量不同时间段的光催化分解率，以评估样品的光催化活性。此外，还使用荧光探针技术测量产生的活性氧（•OH）浓度来评估样品的光催化性能。
实验结果
通过SEM和TEM观察，得到了制备的TiO2/CdS同轴异质结的显微结构。光学特性研究表明，TiO2/CdS异质结具有较宽的光谱响应范围和更高的吸收强度。对两种污染物的光催化分解实验也表明，TiO2/CdS异质结的光催化分解率显著高于单一的TiO2和CdS材料。此外，测量结果表明TiO2/CdS异质结光催化能力主要由过氧化物和羟基自由基所驱动。
结论
本研究成功制备了TiO2/CdS同轴异质结，并对其进行了光催化性能测试。结果表明，TiO2/CdS同轴异质结具有更高的吸收强度和更广阔的光谱响应范围。在模型污染物的光催化分解实验中，TiO2/CdS异质结表现出更高的光催化活性。此外，活性氧浓度的测量表明TiO2/CdS异质结的光催化能力主要受过氧化物和羟基自由基驱动。TiO2/CdS同轴异质结的制备方法可以为有效降解水体中污染物提供新思路和新路径。