【摘 要】
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近年来,光催化的研究与应用发展十分迅速,特别是在提高光催化剂效率、制备在可见光下具有催化活性的新型光催化剂等方面。其中二氧化钛（TiO2）因其具有高化学稳定性、易大批量制备、高催化活性、安全无毒等优点被看作是最理想的光催化剂材料,在环境净化方面发挥着巨大的优势。但由于TiO2禁带宽度大,只在紫外光照射下才能被激活,其大大降低了它的光催化效率。因此,合成在可见光下具有高催化活性的TiO2复合物材料成
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近年来,光催化的研究与应用发展十分迅速,特别是在提高光催化剂效率、制备在可见光下具有催化活性的新型光催化剂等方面。其中二氧化钛（TiO2）因其具有高化学稳定性、易大批量制备、高催化活性、安全无毒等优点被看作是最理想的光催化剂材料,在环境净化方面发挥着巨大的优势。但由于TiO2禁带宽度大,只在紫外光照射下才能被激活,其大大降低了它的光催化效率。因此,合成在可见光下具有高催化活性的TiO2复合物材料成为目前TiO2研究的主要方向。其中半导体光催化剂与碳纳米材料的结合由于可以增强其光化学转化而被广泛研究,例如制备碳纳米管-TiO2复合光催化剂,在石墨烯上沉积TiO2薄膜等。虽然这些方法可以增加TiO2在可见光下的吸收,但是这些复合材料由于在水中缺乏与污染物混合的能力,导致效率受限和降解不完全。因此制备可见光驱动的动态纳米马达光催化剂用来高效降解污染物十分必要。本文主要目的是制备一种在可见光下具有高催化活性、成本低、可大批量生产的碳纳米线圈（CNC）-二氧化钛（TiO2）复合材料作为光催化纳米马达。纳米马达是一种能将外部能量转化为机械能的纳米级的物体,将它与光催化结合,可以使得光催化剂在实现对污染物的降解过程中具有运动的效果,这大大加速了光催化剂与污染物的混合。CNC作为具有特殊螺旋结构的碳纳米材料,具有良好的光学、电学特性,将其作为TiO2的载体,可以更好地吸附污染物,并且减小光催化纳米马达的禁带间隙和使纳米马达具有不同的运动模式。本文通过原子层沉积法（ALD）和化学气相沉积法（CVD）成功制备出CNC-TiO2纳米马达,其在可见光下不仅可实现不同模式的运动,并可以同时通过氧化还原反应降解溶液中的污染物。此外,本文通过Al2O3掺杂和表面改性处理等方法来研究掺杂和表面改性对CNC-TiO2纳米马达光催化活性的影响。通过实验结果表明:光催化剂的多模式运动可以大大提高光催化剂的光催化效率,通过适当浓度的Al2O3掺杂和适当时间的氧气等离子体表面处理可以获得具有最佳效果的CNC-TiO2纳米马达光催化剂,最终可以实现在2h内对苯酚污染物的完全降解,比较其它同类型的工作,这一发现使得在相同光催化剂浓度下实现了更高的污染物降解效率。因此,具有多运动模式的CNC-TiO2纳米马达有望成为一种有前景的光催化材料。
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