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TiO2-SnO2复合氧化物独特的结构和催化性能,作为一种高效、稳定且环境友好的光催化剂,在绿色技术和环境治理领域有着广泛应用。本论文以TiO2-SnO2复合氧化物为基,从TiO2-SnO2的制备方法、物相组成、窄带隙半导体耦合和机理研究等方面出发,开展复合物的设计合成、光催化性能、稳定性评估和机理探讨等四个方面的研究内容,为提升TiO2-SnO2基复合物在环境治理中的作用提供理论依据。主要研究内容和取得成果如下:(1)不同方法制备TiO2-SnO2光催化剂及性能研究。采用五种不同方法成功制备了 TiO2-SnO2复合物,探讨了不同制备方法对催化剂结构,结晶度,分散性,以及光吸收性能的影响。通过对光催化性能评估显示溶胶-水热法制备的TiO2-SnO2复合催化剂具有较高的光催化活性,原因是溶胶-水热法有利于形成颗粒分散均匀,晶体结晶度高以及光吸收性能良好的TiO2-SnO2催化剂。在本章工作中,发展了一种简单温和的溶胶-水热法,该方法在一定程度上可以为制备具有优异活性的其他类似半导体复合物提供参考。(2)两相共生共存TiO2-SnO2复合物的合成及光催化性能研究。在前一章工作的基础上,采用溶胶-水热法成功合成了一系列高活性TiO2-SnO2复合光催化剂。旨在通过改变SnO2的掺杂浓度,设计出可控相锐钛矿和金红石两相共存的TiO2-Sn02复合物。结果表明少量SnO2的掺杂即可促进锐钛矿向金红石转变,得到两相共存的复合物。微观结构显示两相共存复合物颗粒尺寸只有8 nm,且颗粒高度分散,进一步验证了溶胶-水热法的优越性。光催化性能评估表明TiO2-SnO2催化剂具有显著的催化活性和良好的稳定性。其催化活性的提高归因于锐钛矿和金红石TiO2-SnO2复合物两相共生共存效应以及纳米复合物的量子尺寸效应。机理分析表明TiO2-SnO2复合物催化反应属于“双载流子转移”机理。(3)窄带隙g-C3N4改性TiO2-SnO2催化剂的合成和可见光/太阳光催化性能研究。采用一步水热法制备了 g-C3N4@TiO2-SnO2三元复合物。结果表明他们之间是通过g-C3N4杂环的π电子来实现与TiO2-SnO2的耦合,而不是通过g-C3N4杂环单独的C或N原子与TiO2-SnO2耦合,这种耦合方式使该三元复合物存在强相互作用,并形成异质结。异质结的形成以及独特的结构提高和拓展了复合物对可见光的吸收,同时提高了光生电子-空穴的分离率,从而实现了可见光/太阳光催化活性的提高。机理分析表明g-C3N4@TiO2-SnO2复合物在可见光下为光敏化机理,以太阳光为光源时遵循传统的“双载流子转移”机理。(4)CdS量子点和有机半导体g-C3N4两种窄带隙同时耦合TiO2复合催化剂的制备及光催化性能研究。采用水热法制备了 CdS/g-C3N4/TiO2三元复合光催化剂。结果表明,通过同时引入窄带隙g-C3N4和CdS,进一步提高了催化剂对可见光的吸收;同时,g-C3N4二维纳米片作为CdS和TiO2纳米颗粒的支撑载体,有效抑制了 CdS和TiO2颗粒的团聚。对复合物微观结构的表征表明CdS和TiO2的平均颗粒尺寸只有4 nm,且高度均匀分散,其比表面积高达20111m2·g-1。CdS,g-C3N4和TiO2三者之间存在强相互作用,促进了异质结的形成,有效降低了光生电子-空穴对的复合率,显著提高了催化剂的光催化活性及稳定性。机理分析结果表明CdS/g-C3N4/Ti02复合催化剂可见光和自然光催化反应都遵循Z-scheme型机理。(5)一种Z-scheme型CdS-g-C3N4@TiO2-SnO2复合物的设计及光催化性能研究。在前面研究工作的基础上,采用水热法成功制备了 Z-scheme型CdS-g-C3N4@TiO2-SnO2复合物。结果表明g-C3N4在复合物中不仅作为活性组分,同时也作为一种支撑载体,有效降低CdS和CdS@TiO2-SnO2表面能,抑制颗粒的团聚,使颗粒高度均匀分散。与CdS和CdS@TiO2-SnO2相比,其比表面积分别提高了 27和1.5倍。光催化性能和稳定性评估结果说明,CdS-g-C3N4@TiO2-SnO2具有优异的可见光/自然光催化活性,与前一章中的、CdS/g-C3N4/TiO2催化剂性能相比,可见光催化降解苯酚的活性提高了约3倍。其重复循环性实验结果表明,虽然CdS-g-C3N4@TiO2-SnO2新鲜样品(20%CdS)中由于少量杂质的存在导致第二次循环活性有所下降,但是整体上催化剂稳定性良好,复合物中的CdS没有发生光腐蚀。本章发展了一种新型Z-scheme CdS-g-C3N4@TiO2-SnO2复合光催化剂,希望可以为合成更高效的光催化材料提供理论依据。