一維TiO2基光催化材料的靜電紡絲制備及其性能研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染是當前困擾人類可持續(xù)發(fā)展的兩大難題，大量不可再生化石能源的消耗產(chǎn)生了嚴重的環(huán)境污染，改變能源消耗結(jié)構(gòu)，發(fā)展可再生清潔能源是廣大科研工作者必須面臨的挑戰(zhàn)。眾所周知，太陽能是最理想的可再生清潔能源，然而太陽能的密度較低很難直接利用，將低密度的太陽能轉(zhuǎn)換成可直接利用的高密度清潔化學能是解決能源危機和環(huán)境污染的有效途徑。1972年，日本科學家Fujishima和Honda報道利用半導體二氧化鈦電極實現(xiàn)了光催化分解水產(chǎn)氫，隨后，

2、Inoue等報道在水溶液中利用半導體粉末將溫室氣體CO2光催化還原成可利用的碳氫燃料，半導體光催化技術(shù)已成為利用太陽能的重要手段之一。TiO2光催化劑由于廉價，無毒，化學惰性以及長時間的光穩(wěn)定性受到廣泛研究，然而其光催化效率不高，光響應(yīng)范圍窄是制約其實際應(yīng)用的主要因素。光催化效率不高主要是因為其具有較高的光生電子和空穴復合率，光響應(yīng)范圍窄是因為TiO2的禁帶寬度較寬，研究提升其光催化性能是目前研究熱點。本論文主要集中于一維TiO2復合材

3、料的靜電紡絲制備及其光催化產(chǎn)氫和還原CO2性能研究。
　　第一，利用同軸靜電紡絲技術(shù)得到了TiO2納米管。紡絲過程中，外層紡絲前驅(qū)體溶液主要是鈦酸四丁酯，聚乙烯吡咯烷酮的乙醇溶液，內(nèi)層紡絲前驅(qū)體溶液為石蠟油；煅燒過程中，內(nèi)層石蠟油揮發(fā)，外層含Ti前驅(qū)體晶化成TiO2即得到了TiO2納米管。隨后在TiO2納米管表面沉積Cu2O和Ag制備了TiO2-Ag-Cu2O三元復合光催化劑。對得到的樣品進行光催化產(chǎn)氫測試發(fā)現(xiàn)：TiO2-Ag-C

4、u2O復合光催化劑比TiO2, TiO2/Ag和TiO2/Cu2O展現(xiàn)了更好的光催化產(chǎn)氫性能，樣品TiO2-Ag-Cu2O的性能是純的TiO2納米管的62倍，在365nm光照下，量子效率為2.3％。TiO2-Ag-Cu2O三元體系中Ag的表面等離子共振效應(yīng)改變了Cu2O和TiO2間的電荷轉(zhuǎn)移方式，通過一系列的表征技術(shù)，提出了一種不同于一般異質(zhì)結(jié)的雙Z-型的電荷轉(zhuǎn)移機理，這種雙Z-型電荷轉(zhuǎn)移增強了光生電子和空穴分離同時保留了光生電子和空穴

5、更高的還原氧化能力。
　　第二，利用靜電紡絲技術(shù)制備了碳納米纖維。紡絲過程中，紡絲前驅(qū)體溶液為溶解聚丙烯腈（PAN）的氮氮二甲基甲酰胺（DFM）溶液，隨后通過兩步煅燒過程得到碳纖維。得到的碳纖維置于強酸溶液中表面活化后通過水熱的方法在其表面原位生長了TiO2納米晶粒。該復合材料形成了一種碳纖維@TiO2核殼結(jié)構(gòu)，對其進行光催化還原CO2性能測試，發(fā)現(xiàn)其性能是單純的水熱制得的TiO2的2.3倍。通過相應(yīng)表征發(fā)現(xiàn)，性能提升可以歸因于以