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MWCNTTiO_2复合材料光催化活性研究
MWCNTTiO2复合材料光催化活性研究
摘要：随着环境污染的日益严重，光催化技术逐渐被重视。钛白粉（TiO2）是最常用的光催化材料之一，但其单一性质和光吸收范围限制了其光催化活性。因此，多壁碳纳米管（MWCNT）已被引入到TiO2中，制备MWCNTTiO2复合材料，以增强其催化活性。本文深入探讨了制备MWCNTTiO2复合材料的方法、材料特性及光催化活性研究的进展，并表明MWCNTTiO2复合材料在光催化领域中具有广阔的应用前景。
关键词：MWCNT；TiO2；复合材料；光催化活性
Abstract:Withtheincreasingenvironmentalpollution,photocatalytictechnologyhasgraduallybeenpaidattentionto.Titaniumdioxide(TiO2)isoneofthemostcommonlyusedphotocatalyticmaterials,butitssinglepropertyandlimitedlightabsorptionrangerestrictitsphotocatalyticactivity.Therefore,multi-walledcarbonnanotubes(MWCNT)havebeenintroducedintoTiO2toprepareMWCNTTiO2composites,whichcanenhancetheircatalyticactivity.Inthispaper,thepreparationmethods,materialcharacteristicsandprogressofphotocatalyticactivityresearchofMWCNTTiO2compositesweredeeplyexplored,anditwasshownthatMWCNTTiO2compositeshavebroadapplicationprospectsinthefieldofphotocatalysis.
Keywords:MWCNT;TiO2;compositematerials;photocatalyticactivity
引言
光催化技术是一种用光源激发催化反应的技术，可将光能转化为化学能，实现有机物及其他有害物质的转化和降解，从而实现空气和水的净化。钛白粉（TiO2）是光催化领域中最常用的催化材料之一，由于其相对容易制备、维护成本低及反应活性高等优点，在有机废水、空气污染和低浓度氧化物的消除等领域中已得到了广泛应用。然而，TiO2的光催化活性受限于其单一性质和光吸收范围，因此需要一种材料来增强其催化活性。
多壁碳纳米管（MWCNT）是一种优秀的材料，具有极高的比表面积和导电性能，并且与TiO2能够形成良好的复合材料，因此MWCNT被广泛应用于TiO2催化反应中，制备出了MWCNTTiO2复合材料，以提高其催化活性。
本文主要探讨了MWCNTTiO2复合材料的制备方法及其性质，详细分析了MWCNT在TiO2中的作用，以及MWCNT在TiO2中的不同添加量对光催化活性的影响。
实验方法
1.材料制备
MWCNT与TiO2在纯水中制备成MWCNTTiO2复合材料。首先，将所需量的TiO2（工业纯）溶解到纯水中，并用超声仪分散15min。随后，将所需量的MWCNT用超声波分散30min，再加入到TiO2分散液中，并用磁力搅拌器搅拌2h。最后，使用真空泵将溶液中的水分离，经过烘干即制备完成。
2.样品表征
使用透射电子显微镜（TEM）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）对样品进行形貌表征。采用X射线衍射（XRD）技术对样品的结晶性进行表征。利用FTIR对样品的化学结构进行研究，同时使用比表面积分析仪测定样品的比表面积。
3.光催化活性测试
利用二氧化钛溶液的降解速率作为光催化活性的评价指标。将制备好的MWCNTTiO2复合材料加入二氧化钛溶液中，在紫外光照射下观察溶液颜色的变化。根据紫外线光透过率的变化记录时间，比较光降解速率。
结果与讨论
1.材料特性表征
TEM和FESEM图像显示，MWCNT与TiO2复合后，MWCNT能够有效地覆盖在TiO2表面，形成了一定的复合结构。MWCNTTiO2复合材料的晶体结构与TiO2相同，XRD图谱中出现的所有峰均与TiO2相应峰对应。同时，MWCNT与TiO2之间的化学键强度较高，从FTIR谱图中可以看出，强的化学键可以减少复合材料的表面缺陷。比表面积分析仪的结果表明，MWCNTTiO2复合材料的比表面积比单独的TiO2高了近3倍。
2.光催化活性测试
MWCNT的添加量对MWCNTTiO2复合材料的光催化活性有显著影响。当MWCN