TiO2基新型催化劑合成及光電催化性能研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境惡化是當(dāng)前人類社會所面臨的兩個(gè)重大問題，利用可再生資源制備清潔無污染、并可持續(xù)利用的新能源是解決上述問題的有效途徑之一。氫能被學(xué)者認(rèn)為是21世紀(jì)最有潛力的替代能源，而水污染的處理是解決環(huán)境問題的有效措施。由于二氧化鈦本身具有的吸收光譜較窄、太陽能利用率低、電子與空穴復(fù)合幾率高等降低了其實(shí)用價(jià)值。目前解決這些問題的主要手段有全波段吸收性能的氧化鈦，貴金屬修飾，及其通過光催化和電化學(xué)技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)光電催化性能研究。因此，主

2、要的研究內(nèi)容如下：
　?。?）利用簡易溫和的離子熱輔助方法制備具有Ti3+摻雜的單晶二氧化鈦，通過研究其形成過程，可見光響應(yīng)原理以及降解中的活性物種，分解水制氫的探究。結(jié)果表明：用鈦片為鈦源，包含醋酸鋰(LiAc)和醋酸(HAc)，離子液體(1-甲基咪唑四氟硼酸鹽)一鍋法合成了黑色的Ti3+摻雜的單晶二氧化鈦(Ti3+/TiO2)，離子液體提供了富含氟離子能夠溶解鈦片，然后是HAc提供的氫離子還原鈦片形成Ti3+從而形成黑色粉末。

3、Ti3+能夠進(jìn)入氧化鈦的晶格形成中間能級從而縮短其禁帶寬度，造成可見光活性，與此同時(shí)氧空位能夠抑止光生電子和空穴的復(fù)合。合成的材料在光催化可見光降解污染物和模擬太陽光下水分解制氫表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。且降解中的活性物種主要是羥基自由基和表面空穴，而分解水制氫主要是Pt單質(zhì)作為助催化劑和活性位點(diǎn)。
　?。?）利用離子熱一鍋法制備原位摻雜鉑介孔Ti3+自摻雜的的二氧化鈦(Pt-Ti3+/TiO2)。在上一章的基礎(chǔ)上原位的加入不同量的氯鉑酸

4、水溶液。其增強(qiáng)的光催化水分解制氫活性歸因于不同價(jià)態(tài)的鉑摻雜(Pt0, Ptδ+), Ti3+摻雜，氧空位和高的比表面積。合成的催化劑運(yùn)用XRD，XPS，F(xiàn)ESEM，TEM，熒光，固體紫外漫反射等表征手段。此方法得到的Pt-Ti3+/TiO2光催化分解水活性明顯的高于光還原鉑沉積到Ti3+/TiO2和商業(yè)P25。納米棒構(gòu)成的花狀結(jié)構(gòu)的微米球的是由于貴金屬鉑誘導(dǎo)自組裝形成。再者有Ti3+和氧空位的缺陷位為Ptδ+的生成提供了環(huán)境，使進(jìn)入Pt

5、δ+氧化鈦的骨架。
　　（3）采用兩次陽極氧化的方法，制備了具有表面等離子共振(SPR)效應(yīng)的Ag量子點(diǎn)修飾的多級結(jié)構(gòu)的氧化鈦納米管陣列(Ag/H-TiO2-NTAs)，在可見光下具有優(yōu)異的光電催化產(chǎn)氫性能。Ag量子點(diǎn)的尺寸從1.3-21納米可以通過脈沖沉積的時(shí)間來控制。光電極的獨(dú)特結(jié)構(gòu)提高了其光電轉(zhuǎn)換效率。Ag/H-TiO2-NTAs呈現(xiàn)出強(qiáng)的可見光吸收能力，高的電流密度和增強(qiáng)的在可見光下具有光電催化產(chǎn)氫性能。這增強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)換效

6、率和活性歸結(jié)于Ag和獨(dú)特的多級結(jié)構(gòu)的氧化鈦納米管協(xié)同作用，SPR效應(yīng)，超細(xì)的Ag量子點(diǎn)的屏蔽效應(yīng)。
　?。?）利用納米管限域效應(yīng)輔助化學(xué)氣相沉積(NC-CVD)的方法合成超細(xì)的石墨相C3N4(g-C3N4)量子點(diǎn)修飾的氧化鈦納米管(g-C3N4/TiO2-NTAs)。不同粒徑的g-C3N4大小從1.9到5.3納米能夠植入到氧化鈦的孔壁上。由于的g-C3N4量子尺寸效應(yīng)，其表現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收能力。制備的g-C3N4/TiO2-NTA

7、s體現(xiàn)出強(qiáng)的可見光吸收能力，高的光電流密度，好的穩(wěn)定性，和強(qiáng)的光電催化可見光分解水產(chǎn)氫和選擇性氧化降解污染物。這增強(qiáng)的光電催化性能歸因于g-C3N4優(yōu)異的光吸收和高分散(允許光在納米管多次反射)，g-C3N4和TiO2之間形成易于電荷分離強(qiáng)的異質(zhì)結(jié)。然后提出來的NC-CVD拓展到合成其他無機(jī)，金屬功能化的量子點(diǎn)修飾的金屬氧化物納米管增強(qiáng)的光電催化性能。
　?。?）本章采用的鉑簇修飾的p-型硅納米線和氧化鈦納米管耦合的分別作為光陰極