CNTs表面改性与TiO2-CNTs异质结光催化性能

杨汉培 张颖超 傅小飞 宋双双 吴俊明

引用本文: 杨汉培, 张颖超, 傅小飞, 宋双双, 吴俊明. CNTs表面改性与TiO2-CNTs异质结光催化性能[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1327-1335. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303212 shu
Citation:  YANG Han-Pei, ZHANG Ying-Chao, FU Xiao-Fei, SONG Shuang-Shuang, WU Jun-Ming. Surface Modification of CNTs and Improved Photocatalytic Activity of TiO2-CNTs Heterojunction[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(06): 1327-1335. doi: 10.3866/PKU.WHXB201303212 shu

CNTs表面改性与TiO2-CNTs异质结光催化性能

  • 基金项目:

    教育部留学归国人员基金(20071256)资助项目 (20071256)

摘要:

碳纳米管(CNTs)混酸(H2SO4/HNO3, 体积比为3:1)超声辅助纯化及氧化植入活性基团-COOH, 进一步借助其转化为酰氯基团, 分别于CNTs 表面共价嫁接亲水性赖氨酸及亲脂性正十八胺基团, 赋予赖氨酸表面改性CNTs 显著水溶(6.85 mg·mL-1)和十八胺表面改性CNTs 显著醇溶(10.15 mg·mL-1)性能. 运用低温水热法以亲水性CNTs 复合TiO2, 溶胶-凝胶法以亲脂性CNTs 复合TiO2, 观察到复合催化剂光催化性能随CNTs 溶剂分散性能增加而明显提升. 运用傅里叶变换红外(FTIR)、激光拉曼、X射线衍射(XRD)、Brunauer-Emmett-Teller 低温氮气吸附、透射电镜(TEM)及X光电子能谱(XPS)等手段表征, 系统探讨CNTs 的表面改性机制及CNTs 溶解分散性能与复合催化剂的光活性的关联. 认为表面改性CNTs 借助Ti-O-C键合促进其与纳米TiO2的异质结合, 从而充分利用CNTs的大比表面积及电荷传输性能促进催化剂的污染物光催化降解.

English

    1. [1]

      (1) Hu, L. B.; Hecht, D. S.; Gruner, G. Chem. Rev. 2010, 110, 5790.doi: 10.1021/cr9002962

      (1) Hu, L. B.; Hecht, D. S.; Gruner, G. Chem. Rev. 2010, 110, 5790.doi: 10.1021/cr9002962

    2. [2]

      (2) Wu, Y. C.; Liu, X. L.; Ye, M.; Xie, T.; Huang, X. M. Acta Phys. - Chim. Sin. 2008, 24, 97. [吴玉程, 刘晓璐, 叶敏, 解挺,黄新民. 物理化学学报, 2008, 24, 97.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080117(2) Wu, Y. C.; Liu, X. L.; Ye, M.; Xie, T.; Huang, X. M. Acta Phys. - Chim. Sin. 2008, 24, 97. [吴玉程, 刘晓璐, 叶敏, 解挺,黄新民. 物理化学学报, 2008, 24, 97.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20080117

    3. [3]

      (3) Zhang, K.; Zhang, F.; Chen, M.; Oh,W. Ultrason. Sonochem.2011, 18, 765. doi: 10.1016/j.ultsonch.2010.11.008(3) Zhang, K.; Zhang, F.; Chen, M.; Oh,W. Ultrason. Sonochem.2011, 18, 765. doi: 10.1016/j.ultsonch.2010.11.008

    4. [4]

      (4) Barkauskasa, J.; Stankeviciene, I.; Selskis, A. Sep. Purif. Technol. 2010, 71, 331. doi: 10.1016/j.seppur.2009.12.019(4) Barkauskasa, J.; Stankeviciene, I.; Selskis, A. Sep. Purif. Technol. 2010, 71, 331. doi: 10.1016/j.seppur.2009.12.019

    5. [5]

      (5) Stobinski, L.; Lesiak, B.; Kövér, L. J. Alloy. Compd. 2010, 501,77. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.04.032(5) Stobinski, L.; Lesiak, B.; Kövér, L. J. Alloy. Compd. 2010, 501,77. doi: 10.1016/j.jallcom.2010.04.032

    6. [6]

      (6) Tian, R.;Wang, X.; Li, M.; Hu, H. Appl. Surf. Sci. 2008, 255,3294. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.09.040(6) Tian, R.;Wang, X.; Li, M.; Hu, H. Appl. Surf. Sci. 2008, 255,3294. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.09.040

    7. [7]

      (7) Dyke, C. A.; Stewart, M. P.; Tour, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2005,127, 4497. doi: 10.21/ja042828h(7) Dyke, C. A.; Stewart, M. P.; Tour, J. M. J. Am. Chem. Soc. 2005,127, 4497. doi: 10.21/ja042828h

    8. [8]

      (8) Zeng, L.; Zhang, L.; Barron, A. R. Nano Lett. 2005, 5, 2001.doi: 10.1021/nl0514994(8) Zeng, L.; Zhang, L.; Barron, A. R. Nano Lett. 2005, 5, 2001.doi: 10.1021/nl0514994

    9. [9]

      (9) Balasubramanian, K.; Burghard, M. Small 2005, 1, 180.(9) Balasubramanian, K.; Burghard, M. Small 2005, 1, 180.

    10. [10]

      (10) Ye, Q.; Zhang, Y.; Li, M.; Shi, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012,28, 1223. [叶青, 张瑜, 李茗, 施耀. 物理化学学报,2012, 28, 1223.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202234(10) Ye, Q.; Zhang, Y.; Li, M.; Shi, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012,28, 1223. [叶青, 张瑜, 李茗, 施耀. 物理化学学报,2012, 28, 1223.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201202234

    11. [11]

      (11) Mugadza, T.; Nyokong, T. Electrochim. Acta 2010, 55, 2606.doi: 10.1016/j.electacta.2009.12.051(11) Mugadza, T.; Nyokong, T. Electrochim. Acta 2010, 55, 2606.doi: 10.1016/j.electacta.2009.12.051

    12. [12]

      (12) Mugadza, T.; Nyokong, T. Synth. Met. 2010, 160, 2089.doi: 10.1016/j.synthmet.2010.07.036(12) Mugadza, T.; Nyokong, T. Synth. Met. 2010, 160, 2089.doi: 10.1016/j.synthmet.2010.07.036

    13. [13]

      (13) Wei, T.; Fan, Z.; Luo, G.;Wei, F. Mater. Lett. 2008, 62, 64.(13) Wei, T.; Fan, Z.; Luo, G.;Wei, F. Mater. Lett. 2008, 62, 64.

    14. [14]

      (14) Chen, Y.; Zhang, Y. Q.; Zhang, T. H. Carbon 2006, 44, 37.doi: 10.1016/j.carbon.2005.07.011(14) Chen, Y.; Zhang, Y. Q.; Zhang, T. H. Carbon 2006, 44, 37.doi: 10.1016/j.carbon.2005.07.011

    15. [15]

      (15) Mills, A.; Hunte, S. L. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 1997,108, l.(15) Mills, A.; Hunte, S. L. J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 1997,108, l.

    16. [16]

      (16) Qiu,W.; Ren, C. J.; ng, M. C.; Hou, Y. Z.; Chen, Y. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1487. [仇伟, 任成军, 龚茂初,侯云泽, 陈耀强. 物理化学学报, 2011, 27, 1487.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110621(16) Qiu,W.; Ren, C. J.; ng, M. C.; Hou, Y. Z.; Chen, Y. Q. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1487. [仇伟, 任成军, 龚茂初,侯云泽, 陈耀强. 物理化学学报, 2011, 27, 1487.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110621

    17. [17]

      (17) Wang, H.;Wang, H. L.; Jiang,W. F.; Li, Z. Q. Water Res. 2009,43, 204. doi: 10.1016/j.watres.2008.10.003(17) Wang, H.;Wang, H. L.; Jiang,W. F.; Li, Z. Q. Water Res. 2009,43, 204. doi: 10.1016/j.watres.2008.10.003

    18. [18]

      (18) Wang,W.; Serp, P.; Kalck, P.; Faria, J. L. Appl. Catal. B: Environ. 2005, 56, 305. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.09.018(18) Wang,W.; Serp, P.; Kalck, P.; Faria, J. L. Appl. Catal. B: Environ. 2005, 56, 305. doi: 10.1016/j.apcatb.2004.09.018

    19. [19]

      (19) Suzuki, Y.; Yoshikawa, S. J. Mater. Res. 2004, 19, 982.doi: 10.1557/JMR.2004.0128(19) Suzuki, Y.; Yoshikawa, S. J. Mater. Res. 2004, 19, 982.doi: 10.1557/JMR.2004.0128

    20. [20]

      (20) Yang, H. P.; Shi, Z. M.; Dai, K. J.; Duan, Y. P.;Wu, J. M. Acta Chim. Sin. 2011, 69, 536. [杨汉培, 石泽敏, 戴开静, 段云平,吴俊明. 化学学报, 2011, 69, 536.](20) Yang, H. P.; Shi, Z. M.; Dai, K. J.; Duan, Y. P.;Wu, J. M. Acta Chim. Sin. 2011, 69, 536. [杨汉培, 石泽敏, 戴开静, 段云平,吴俊明. 化学学报, 2011, 69, 536.]

    21. [21]

      (21) Sun, J. H.; Qiao, L. P.; Sun, S. P.;Wang, G. L. J. Hazard Mater.2008, 155, 312. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.11.062(21) Sun, J. H.; Qiao, L. P.; Sun, S. P.;Wang, G. L. J. Hazard Mater.2008, 155, 312. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.11.062

    22. [22]

      (22) Maiyalagan, T.; Viswanathan, B. Mater. Chem. Phys. 2005, 93,291. doi: 10.1016/j.matchemphys.2005.03.039(22) Maiyalagan, T.; Viswanathan, B. Mater. Chem. Phys. 2005, 93,291. doi: 10.1016/j.matchemphys.2005.03.039

    23. [23]

      (23) Kim, S. D.; Kim, J.W.; Im, J. S. J. Fluorine Chem. 2007, 128,60. doi: 10.1016/j.jfluchem.2006.10.010(23) Kim, S. D.; Kim, J.W.; Im, J. S. J. Fluorine Chem. 2007, 128,60. doi: 10.1016/j.jfluchem.2006.10.010

    24. [24]

      (24) Osorio, A. G.; Silveira, I. C. L.; Bueno, V. L. Appl. Surf. Sci.2008, 255, 2485. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.07.144(24) Osorio, A. G.; Silveira, I. C. L.; Bueno, V. L. Appl. Surf. Sci.2008, 255, 2485. doi: 10.1016/j.apsusc.2008.07.144

    25. [25]

      (25) Yang, Y. S.; Qi, G. R.; Qian, J.W.; Yang, S. L. J. Appl. Polym. Sci. 1998, 68, 665.(25) Yang, Y. S.; Qi, G. R.; Qian, J.W.; Yang, S. L. J. Appl. Polym. Sci. 1998, 68, 665.

    26. [26]

      (26) Hannus, I.; Kollár, T.; Kónya, Z.; Kiricsi, I. Vib. Spectrosc.2000, 22, 29. doi: 10.1016/S0924-2031(99)00059-4(26) Hannus, I.; Kollár, T.; Kónya, Z.; Kiricsi, I. Vib. Spectrosc.2000, 22, 29. doi: 10.1016/S0924-2031(99)00059-4

    27. [27]

      (27) Ba, C. Y.; Economy, J. J. Memb. Sci. 2010, 363, 140.doi: 10.1016/j.memsci.2010.07.019(27) Ba, C. Y.; Economy, J. J. Memb. Sci. 2010, 363, 140.doi: 10.1016/j.memsci.2010.07.019

    28. [28]

      (28) Peter, J.; Khalyavina, A.; Kǐí?, J.; Bleha, M. Eur. Polym. J.2009, 45, 1716. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2009.03.003(28) Peter, J.; Khalyavina, A.; Kǐí?, J.; Bleha, M. Eur. Polym. J.2009, 45, 1716. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2009.03.003

    29. [29]

      (29) Svatos, A.; Attygalle, A. B. Anal. Chem. 1997, 69, 1827.doi: 10.1021/ac960890u(29) Svatos, A.; Attygalle, A. B. Anal. Chem. 1997, 69, 1827.doi: 10.1021/ac960890u

    30. [30]

      (30) Xu, M.; Huang, Q.; Chen, Q.; Guo, P.; Sun, Z. Chem. Phys. Lett.2003, 375, 598. doi: 10.1016/S0009-2614(03)00923-0(30) Xu, M.; Huang, Q.; Chen, Q.; Guo, P.; Sun, Z. Chem. Phys. Lett.2003, 375, 598. doi: 10.1016/S0009-2614(03)00923-0

    31. [31]

      (31) Okabayashi, H.; Etori, H.; Yamada, Y.; Taga, K.; Yoshida, T.Vib. Spectrosc. 1996, 13, 51. doi: 10.1016/0924-2031(96)00034-3(31) Okabayashi, H.; Etori, H.; Yamada, Y.; Taga, K.; Yoshida, T.Vib. Spectrosc. 1996, 13, 51. doi: 10.1016/0924-2031(96)00034-3

    32. [32]

      (32) Venkataraman, N. V.; Barman, S.; Vasudevan, S.; Seshadri, R.Chem. Phys. Lett. 2002, 358, 139. doi: 10.1016/S0009-2614(02)00604-8(32) Venkataraman, N. V.; Barman, S.; Vasudevan, S.; Seshadri, R.Chem. Phys. Lett. 2002, 358, 139. doi: 10.1016/S0009-2614(02)00604-8

    33. [33]

      (33) Georgiev, A.; Karamancheva, I.; Dimov, D. J. Mol. Struct. 2008,888, 214. doi: 10.1016/j.molstruc.2007.12.006(33) Georgiev, A.; Karamancheva, I.; Dimov, D. J. Mol. Struct. 2008,888, 214. doi: 10.1016/j.molstruc.2007.12.006

    34. [34]

      (34) Zhao, X. A.; Ong, C.W.; Tsang, Y. C. Appl. Phys. Lett. 1995,66, 2652. doi: 10.1063/1.113114(34) Zhao, X. A.; Ong, C.W.; Tsang, Y. C. Appl. Phys. Lett. 1995,66, 2652. doi: 10.1063/1.113114

    35. [35]

      (35) Choi, S.; Park, K. H.; Lee, S.; Koh, K. H. J. Appl. Phys. 2002,92, 4007. doi: 10.1063/1.1499233(35) Choi, S.; Park, K. H.; Lee, S.; Koh, K. H. J. Appl. Phys. 2002,92, 4007. doi: 10.1063/1.1499233

    36. [36]

      (36) Hou, P. X.; Liu, C.; Cheng, H. M. Carbon 2008, 46, 2003.doi: 10.1016/j.carbon.2008.09.009(36) Hou, P. X.; Liu, C.; Cheng, H. M. Carbon 2008, 46, 2003.doi: 10.1016/j.carbon.2008.09.009

    37. [37]

      (37) Fernando, K. A. S.; Lin, Y.; Sun, Y. P. Langmuir 2004, 20, 4777.doi: 10.1021/la036217z(37) Fernando, K. A. S.; Lin, Y.; Sun, Y. P. Langmuir 2004, 20, 4777.doi: 10.1021/la036217z

    38. [38]

      (38) Wang,W. D.; Serp, P.; Kalck, P.; Faria, J. L. J. Molec. Catal. A2005, 235, 194. doi: 10.1016/j.molcata.2005.02.027(38) Wang,W. D.; Serp, P.; Kalck, P.; Faria, J. L. J. Molec. Catal. A2005, 235, 194. doi: 10.1016/j.molcata.2005.02.027

    39. [39]

      (39) Klug, H. P.; Alexander, L. E. X-ray Diffraction Procedures;Academic Press: New York, 1967; pp 132-136.(39) Klug, H. P.; Alexander, L. E. X-ray Diffraction Procedures;Academic Press: New York, 1967; pp 132-136.

    40. [40]

      (40) Lee, S.W.; Sigmund,W. M. Chem. Commun. 2003, 6, 780.(40) Lee, S.W.; Sigmund,W. M. Chem. Commun. 2003, 6, 780.

    41. [41]

      (41) Yu, Y.; Yu, J. C.; Yu, J. G.; Kwok, Y. C.; Che, Y. K.; Zhao, J. C.;Ding, L.; Ge,W. K.;Wong, P. K. Appl. Catal. A: Gen. 2005,289, 186. doi: 10.1016/j.apcata.2005.04.057(41) Yu, Y.; Yu, J. C.; Yu, J. G.; Kwok, Y. C.; Che, Y. K.; Zhao, J. C.;Ding, L.; Ge,W. K.;Wong, P. K. Appl. Catal. A: Gen. 2005,289, 186. doi: 10.1016/j.apcata.2005.04.057

    42. [42]

      (42) Yu, H.; Quan, X.; Chen, S.; Zhao, H. J. Phys. Chem. C 2007,111, 12987. doi: 10.1021/jp0728454(42) Yu, H.; Quan, X.; Chen, S.; Zhao, H. J. Phys. Chem. C 2007,111, 12987. doi: 10.1021/jp0728454

    43. [43]

      (43) Akhavan, O.; Abdolahad, M.; Abdi, Y.; Mohajerzadeh, S.Carbon 2009, 47, 3280. doi: 10.1016/j.carbon.2009.07.046(43) Akhavan, O.; Abdolahad, M.; Abdi, Y.; Mohajerzadeh, S.Carbon 2009, 47, 3280. doi: 10.1016/j.carbon.2009.07.046

    44. [44]

      (44) Tian, L. H.; Ye, L. Q.; Deng, K. J.; Zan, J. Solid State Chem.2011, 184, 1465. doi: 10.1016/j.jssc.2011.04.014(44) Tian, L. H.; Ye, L. Q.; Deng, K. J.; Zan, J. Solid State Chem.2011, 184, 1465. doi: 10.1016/j.jssc.2011.04.014

    45. [45]

      (45) Chen, L. C.; Ho, Y. C.; Guo,W. S.; Huang, C. M.; Pan, T. C.Electrochimica Acta 2009, 54, 3884. doi: 10.1016/j.electacta.2009.02.001(45) Chen, L. C.; Ho, Y. C.; Guo,W. S.; Huang, C. M.; Pan, T. C.Electrochimica Acta 2009, 54, 3884. doi: 10.1016/j.electacta.2009.02.001

    46. [46]

      (46) Nahar, M. S.; Zhang, J.; Hasegawa, K. Mater. Sci. Semicond. Process 2009, 12, 168. doi: 10.1016/j.mssp.2009.09.011(46) Nahar, M. S.; Zhang, J.; Hasegawa, K. Mater. Sci. Semicond. Process 2009, 12, 168. doi: 10.1016/j.mssp.2009.09.011

    47. [47]

      (47) Yang, J.; Bai, H.; Tan, X.; Lian, J. Appl. Sur. Sci. 2006, 253,1988. doi: 10.1016/j.apsusc.2006.03.078(47) Yang, J.; Bai, H.; Tan, X.; Lian, J. Appl. Sur. Sci. 2006, 253,1988. doi: 10.1016/j.apsusc.2006.03.078

    48. [48]

      (48) Song, Z.; Hrbek, J.; Os od, R. Nano Lett. 2005, 5, 1327.doi: 10.1021/nl0505703(48) Song, Z.; Hrbek, J.; Os od, R. Nano Lett. 2005, 5, 1327.doi: 10.1021/nl0505703

    49. [49]

      (49) Jitianu, A.; Cacciaguerra, T.; Benoit, R.; Delpeux, S.; Beguin,F.; Bonnamy S. Carbon 2004, 42, 1147.(49) Jitianu, A.; Cacciaguerra, T.; Benoit, R.; Delpeux, S.; Beguin,F.; Bonnamy S. Carbon 2004, 42, 1147.

    50. [50]

      (50) Shanmugharaj, A. M.; Bae, J. H.; Lee, K. Y.; Noh,W. H.Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 1813. doi: 10.1016/j.compscitech.2006.10.021(50) Shanmugharaj, A. M.; Bae, J. H.; Lee, K. Y.; Noh,W. H.Compos. Sci. Technol. 2007, 67, 1813. doi: 10.1016/j.compscitech.2006.10.021

    51. [51]

      (51) Kim, S. D.; Kim, J.W.; Im, J. S.; Kim, Y. H.; Lee, Y. S.J. Fluorine Chem. 2007, 128, 60. doi: 10.1016/j.jfluchem.2006.10.010

      (51) Kim, S. D.; Kim, J.W.; Im, J. S.; Kim, Y. H.; Lee, Y. S.J. Fluorine Chem. 2007, 128, 60. doi: 10.1016/j.jfluchem.2006.10.010

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  1035
  • 文章访问数:  1589
  • HTML全文浏览量:  53
文章相关
  • 发布日期:  2013-05-17
  • 收稿日期:  2013-01-25
  • 网络出版日期:  2013-03-21
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章