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3.2.2 氧化石墨烯、纳米铜包覆的TiO2核壳结构微球的固体紫外漫反射光谱分析 17
3.3.3 氧化石墨烯、纳米铜包覆的核壳结构TiO2微球的荧光光谱分析 19
3.3 掺C的TiO2微球的性能分析 20
3.3.1 掺C的TiO2微球的XRD图谱分析 21
3.3.2 掺C的TiO2微球的固体紫外漫反射光谱分析 21
3.3.3 掺C的TiO2微球的荧光光谱分析 22
4 结论 23
5 展望 24
致 谢 25
参考文献 26
1 前言
1.1 纳米TiO2的简介
现今在日常生活中金属氧化物的应用越来越广泛，特别在催化领域。金属氧化物是非常重要的一类催化剂，现在对金属氧化物的研究已广泛展开、并开发与应用到各行各业，而使金属氧化物纳米化之后，获得了更加优良的催化性能，可以预见，催化剂的重要发展方向将是对金属氧化物的研究[1]。
在多种金属氧化物中，纳米TiO2性能优良，是一种可以广泛应用于日常生活中的重要材料。纳米TiO2光催化剂的突出优点有：成本低、高效、节能、清洁无毒、对有机物降解彻底、稳定性良好和具有独特的光物理和光化学性能等，这些特点使TiO2成为了重要的研究对象，受到广泛的关注，并在废水的净化、使水分解成氢气、太阳能利用和环境保护等领域具有广阔的应用前景[2]。
如上图所示，TiO2晶体的基本结构单元都具有Ti-O6八面体结构。氧化钛分子的结构取决于Ti-O6八面体的链接方式，Ti-O6八面体不同的链接方式构成了金红石、锐钛矿两种不同结构的TiO2，在两种不同晶型的TiO2中，锐钛矿型的TiO2光催化剂光催化活性较高[3]。
此外，TiO2的两个固有特性极大地限制了其在废水净化的应用[4]：首先，有一个大约3.2电子伏特的带隙，二氧化钛只能吸收紫外光，这表明只有大约3-5％的太阳光能被有效利用。在另一方面，二氧化钛光催化活性的增强需要通过光催化反应中电荷载流子的快速分离来实现。因此，最近各种方案、策略已经被用来解决这些问题，例如，掺杂金属或非金属元素[5-7]，与窄带隙半导体耦合[8-10]，或掺杂贵金属[11, 12]。尤其是二氧化钛与新型碳纳米材料的复合得到的复合材料具有独特结构，例如：碳纳米管、氧化石墨和石墨烯等与二氧化钛的复合已经被看作是最具有发展前景和应用的最广泛的方法，他们被期望用于增强TiO2光催化剂的可见光光催化活性[13]。
在这些不同的碳基材料中，石墨烯和氧化石墨烯已经吸引了广泛关注，逐渐被用于与一些无机纳米复合材料相结合，已开辟了一个令人兴奋的新领域，旨在解决一些涉及到环保和能量转换的问题。最近，报道了一些制造石墨烯与纳米TiO2复合材料的文献，展现了与石墨烯相结合后的TiO2纳米晶粒的独特性能[14]。到现在为止，主要使用的方法是“锚固方法”：首先，合成具有所需要的尺寸和形态的纳米材料和功能化的石墨烯纳米片，然后使纳米晶粒连接到功能化的石墨烯纳米片表面。这些杂化材料的最大缺点是TiO2颗粒较小并趋向于聚集，这将导致极大地降低二氧化钛和石墨烯的有效表面积，以及循环利用过程中的相位分离，特别是在水循环体系中的降解有机污染物的光催化过程。帕克等人通过水热法从氧化石墨烯包裹的非晶纳米TiO2中还原出氧化石墨烯，并从其中结晶出TiO2，然后使用氧化石墨烯和TiO2纳米晶粒合成出了石墨包裹的锐钛矿型TiO2纳米粒子[15]，由于TiO2和氧化石墨烯之间的有效联系，该样品显示出高效的光催化活性。但TiO2纳米颗粒首先必须进行预处理：用3-氨基丙基-三甲氧基硅烷（APTMS）使二氧化钛纳米颗粒表面上的含氧官能团改性，这是进行下一步包裹过程的必要前提。目前还很难找到不用改性剂合成氧化石墨烯包裹TiO2核/壳结构的方法。