SrTiO3納米材料的制備、改性設計及光催化產氫性能研究.pdf

1、當今，環(huán)境污染嚴重，極大地危害著人類的生存環(huán)境和身體健康；能源匱乏，已逐漸成為影響人類生存阻礙社會發(fā)展的重大問題。利用半導體光催化將取之不盡、用之不竭的太陽能轉化成氫能是解決這兩個重大問題的有效方法之一。g-C3N4有適合的導帶電位（比H+/H2的電極電位偏負）使其成為有潛力的產氫光催化劑。然而，SrTiO3的帶隙寬度太寬只能被紫外光激發(fā)，對太陽光的利用率低。因此設計制備高效穩(wěn)定的產氫光催化劑越來越受到人們的關注。本論文分別通過摻雜石墨

2、烯、半導體異質結和表面助催化劑修飾等方法設計制備新型納米SrTiO3復合光催化材料，有效地提高納米SrTiO3復合光催化材料的產氫性能。
　　制備的RGO-SrTiO3、g-C3N4/SrTiO3、NiS/g-C3N4/SrTiO3分別使用透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射儀（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）、比表面測試（BET）、紫外-可見漫反射光譜（DRS）、熒光光譜（PL）以及光電流等表征手段對其形貌、結構、晶型、

3、表面特性、光吸收以及光生電子空穴分離情況進行了表征，同時應用光解水制氫系統(tǒng)對樣品進行了光催化產氫性能測試。論文的主要研究內容如下：
　　(1)以鈦酸四丁酯、氧化石墨烯為原料，采用水熱法合成 RGO-SrTiO3復合材料，TEM顯示SrTiO3的直徑在100-150 nm、石墨烯片層在微米級別。光解水測試結果顯示純SrTiO3的產氫效率為194.1μmol·g-1·h-1，石墨烯與SrTiO3復合后，產氫效率有了明顯的提高，0.8％

4、石墨烯/SrTiO3樣品的產氫效率最高，達到363.8μmol·g-1·h-1，是純SrTiO3的1.9倍。這是由于石墨烯與SrTiO3復合，使得SrTiO3的光生電子傳導速率加快，并且起到了分離光生電子和空穴的作用，同時石墨烯與 SrTiO3復合后，RGO-SrTiO3復合材料的比表面積也增大，從而提高了RGO-SrTiO3復合材料的光催化性能。
　　(2)以尿素、鈦酸四丁酯為原料水熱法制備g-C3N4/SrTiO3，TEM和S

5、EM圖顯示SrTiO3被g-C3N4片層包裹著，并且復合結構的尺寸大小在500nm左右，產氫性能和光電流測試表明20%g-C3N4/SrTiO3的性能最佳。20%g-C3N4/SrTiO3的熒光強度最弱，表明熒光強度最弱活性最佳。20%g-C3N4/SrTiO3的產氫效率為405.7μmol·g-1·h-1，是純SrTiO3的2.1倍。這是由于g-C3N4/SrTiO3異質結光照后，光生電子躍遷到g-C3N4的導帶上，達到分離光生電子和

6、空穴的作用。同時，g-C3N4/SrTiO3的比表面積也比SrTiO3增大了許多。
　　(3)以尿素、鈦酸四丁酯、醋酸鎳和硫化鈉為原料制備NiS/g-C3N4/SrTiO3，通過光電流和產氫性能的測試確定了NiS的最佳負載量。g-C3N4/SrTiO3負載NiS后產氫量大幅度提高，2%NiS/g-C3N4/SrTiO3的產氫效率高達1722.6μmol·g-1·h-1，是g-C3N4/SrTiO3產氫效率的4.3倍。這是由于NiS