基于超臨界水熱法制備改性TiO2用于光催化水解制氫的研究.pdf

1、氫能是一種具有高燃燒值且清潔無(wú)污染的新能源，利用無(wú)限的太陽(yáng)能將水分解成氫能具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。TiO2由于原料來(lái)源豐富、無(wú)毒和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域中被廣泛研究。然而，TiO2的禁帶寬度較大(銳鈦礦Eg=3.2eV)，光生載流子復(fù)合率高，使其應(yīng)用受到了較大限制。鑒于此，本論文基于一種高效的納米材料制備技術(shù)——超臨界水熱技術(shù)進(jìn)行了高性能TiO2光催化材料的制備改性研究，并考察了其在水解制氫應(yīng)用中的催化活性及催化機(jī)理，以期為高效T

2、iO2光催化材料應(yīng)用開發(fā)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與理論依據(jù)。
　　本文首先利用超臨界水熱技術(shù)一步制備了2 mol％ Ni、La、Fe和Zn離子摻雜的納米TiO2光催化劑，并考察了其光催化分解水制氫活性。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e和Zn離子摻雜反而降低了TiO2的光催化水解制氫效率，而La和Ni離子的摻雜可有效提高TiO2的光催化活性，特別是Ni離子的摻雜對(duì)TiO2的活性提高最為顯著。
　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Ni離子的摻雜能夠在TiO2禁帶內(nèi)引入雜質(zhì)能

3、級(jí)，可有效拓展其光響應(yīng)范圍。同時(shí)，晶格中的Ni離子可充當(dāng)淺勢(shì)阱，捕獲空穴，促進(jìn)了光生載流子的分離。其次，表面的Ni可能以NiO的形式存在并與TiO2之間有著強(qiáng)烈的相互作用形成異質(zhì)結(jié)，在內(nèi)建電場(chǎng)力作用下，光生電子向TiO2的導(dǎo)帶聚集，光生空穴則遷移至NiO的價(jià)帶，此有效抑制了光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，極大的提高了TiO2的光催化水解制氫活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)摻雜量為1 mol％Ni時(shí)，TiO2具有最佳的產(chǎn)氫效果，其產(chǎn)氫效率為1278.4μ

4、mol/g/h，是未摻雜TiO2的18.6倍。
　　最后，本文在氮?dú)鈿夥障拢瑢?duì)超臨界水熱法獲得的TiO2進(jìn)行了后續(xù)熱處理，成功獲得了C改性的表面氧缺陷型TiO2光催化材料。研究發(fā)現(xiàn)，超臨界水熱環(huán)境下析出的TiO2表面含有較多的乳酸基團(tuán)。這些基團(tuán)在N2氣氛下加熱脫除，帶走了表面部分活性氧，導(dǎo)致TiO2產(chǎn)生了表面氧空位和單質(zhì)C。這些氧空位為淺層能級(jí)缺陷，在捕獲電荷后能很快將其釋放，同時(shí)表面單質(zhì)C與TiO2復(fù)合的協(xié)同效應(yīng)能夠促使TiO2