第一章绪论

1。1 研究背景

20 世纪以来，工业化进入了飞速发展阶段，随之带来的环境恶化、资源短 缺等问题也越来越严重，尤其是一些发展中国家，水体污染、固体废弃物污染、 空气污染和噪声污染的环境污染问题对人们的健康产生很大的威胁。因此，开发 新型的除污方法迫在眉睫。光催化氧化技术作为新兴的环保技术自二十世纪七十 年代发展以来，在环境污染治理上存在很大的应用价值。国内外很多对 TiO2 的 光催化技术进行了深入研究，尤其在在难处理的工业废水、生活污水等方面，取 得了先进性的研究成果。论文网

光催化技术的优点在于反应条件比较温和，二次污染较少甚至不存在二次污 染。其催化原理是在光照条件下半导体材料会受激活化，将光能转化为化学能。 TiO2 为白色粉末物质，其化学性能非常稳定，催化活性好，无毒易于回收利用等 优点，所以，在实际应用领域，TiO2 被认为首选的光催化剂，也因此成为近年来 的研究重点和热点。虽然 TiO2 光催化活性很好，但这仅仅是在紫外光照条件下， 而太阳光中只含有不到 4%的紫外光，因而在吸收利用太阳光时，TiO2 的光催化 效果还不是很好。

对于处理量大、浓度高、化学性能不稳定的工业污水是一个较大的难题。而 且在紫外光条件下 TiO2 光催化降解污染物因其价格昂贵而不具有很强的应用价 值。另外，粉末状的 TiO2 在回收再利用问题上也存在一定的难度。与粉末状的 TiO2 相比，TiO2 纳米管具有更高的比表面积和更好的电子传递性能而占据了很 大的优势，因此，为提高 TiO2 在可见光条件下的光催化效率，研究者们对 TiO2

纳米管的改性方法进行了研究，把具有可见光响应的半导体材料附载在 TiO2 表 面，使其具备在可见光照下能够激发电子产生电荷的同时，增加复合材料的稳定 性。例如掺杂金属离子、非金属离子、窄带半导体等方法。

阳极氧化法制备的 TiO2 纳米管与粉末状的 TiO2 相比，比表面积和电子传 递速率都会增大，且拥有高度有序的阵列结构，用其进行光催化降解污染物后方 便回收再利用，因而 TiO2 纳米管阵列电极比粉末状 TiO2 更具有实用价值。尽管 TiO2 纳米管阵列电极的诸多优点，在环境领域已经在应用，但是仍然存在以下几个方面的问题：（1）对太阳光利用率低，禁带宽度较窄（2）光生电子和空穴复 合率较高，量子效率较低。因此，提高太阳光的利用率以及提高量子效率的光催 化剂是当前的研究难题和重点[1-2]。文献综述

MoS2 与石墨烯具有类似的片状结构，是一种类似的过渡金属硫化物，因其 良好的润滑性能而被应用于摩擦润滑领域，可以作为加氢催化剂。同时，MoS2 还是一种有效的 H+还原催化剂。二硫化钼的摩擦系数和硬度都很低，具有优良 的附着性、抗腐蚀性、抗压性和热稳定性，可作为“超级润滑剂”[3]。纳米二硫化 钼因具有类石墨烯的复杂结构而比较活跃，且能吸收可见光，所以在催化剂方面 有很大的应用潜力[4]。因为二硫化钼催化活性较高，可以防止硫中毒，而且在石 油加氢脱硫领域，二硫化钼常被用作催化剂。由于二硫化钼层状特殊的层状结构 使电子能够在这种结构中进行自由移动，因此二硫化钼可以作为一种理想的电极 材料。研究者们利用水热法和电沉积等方法制备出一系列具有较好的光电、催化 特性的二硫化钼纳米复合材料。

1。2 国内外相关领域的研究进展

1。3 选题依据、目的、意义和内容

1。3。1  选题依据

现代工业的迅速发展和人口数量的急剧提高，出现了严重的环境污染问题， 大气污染，固体废弃物污染，特别是水体污染严重威胁着人类的身体健康。传统 的污水处理方法处理过程复杂，难度大，并且耗能较多，不符合现阶段节能减排 的要求，因此新型材料的开发迫在眉睫。TiO2 以不产生二次污染或者二次污染少 为前提，结构排列高度有序，电子传递性能好，吸附能力强，并且具有较好的光 稳定性和化学稳定性等优点，被广泛应用于光催化降解有机污染物领域，对环境 保护有很大的实际应用价值。但是 TiO2 禁带过宽，只能吸收利用波长小于 387nm 的紫外光，只占太阳光的 4%，而且 TiO2 光生电子与空穴容易发生复合，这两个 原因导致 TiO2 光催化效率较低，限制了其发展。针对以上问题，以钛片作为模 板制备具有高比表面积的 TiO2 纳米管阵列电极，并用半导体材料 MoS2 对 TiO2 纳米管阵列电极进行掺杂改性，以此提高 TiO2 的光催化性能和对可见光的利用 率。