鐵系元素單促進(jìn)與協(xié)同促進(jìn)二氧化鈦的表征以及光解水制氫性能.pdf

1、近年來，能源與環(huán)境逐漸成為世界范圍內(nèi)的重要話題。為了應(yīng)對溫室效應(yīng)以及能源危機(jī)，各個(gè)國家都在積極尋找化石燃料的替代能源；氫能，作為一種高效且無任何污染的可再生能源，被認(rèn)為是解決能源問題的關(guān)鍵；目前，世界范圍內(nèi)的絕大多數(shù)氫都是通過重整的方法獲得的，不僅能耗高，還會(huì)排放大量的CO2;更為理想的方法，是利用廉價(jià)的自然能源，如太陽能制氫；光催化分解水提供了一種清潔，環(huán)保的利用太陽能制氫方法；自1972年Fujishima與Honda首次發(fā)現(xiàn)TiO

2、2上的光解水現(xiàn)象以來，TiO2因其自身穩(wěn)定、廉價(jià)、無毒、易得等諸多優(yōu)勢，成為研究最為廣泛的光解水制氫催化劑。
　　 本論文主要以鐵系元素與二氧化鈦為研究對象，具體工作內(nèi)容如下所示：
　　 (1)采用聚合絡(luò)合法(PCM法)制備出鈷摻雜二氧化鈦(Co/TiO2);以熱重-差示掃描同步熱分析(TGA-DSC)，傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)，X射線粉末衍射(XRD)，氮?dú)馕?脫附，紫外-可見漫反射光譜(UV-VisDRS)

3、，X射線光電子能譜(XPS)，共焦顯微拉曼光譜(Raman)以及掃描電子顯微鏡(SEM)等手段對材料進(jìn)行了表征；采用光催化分解水制氫作為探針反應(yīng)，以前六小時(shí)氫的生成總量評價(jià)材料的光催化性能。
　　 結(jié)果表明，樣品主體成分為銳鈦礦晶型的二氧化鈦，鈷元素呈高度分散；鈷的摻雜能夠明顯提升二氧化鈦光催化材料的光解水制氫活性，0.3％Co/TiO2樣品具有最佳的光解水制氫活性，產(chǎn)氫量達(dá)到2499μmol，是同等條件下制備未摻雜的TiO2的

4、近6倍，是P25型二氧化鈦的60多倍；以0.3%Fe/TiO2，0.3%Co/TO2與0.3%Ni/TiO2進(jìn)行了不同鐵系金屬摻雜效果的比較，結(jié)果表明，0.3%Co/TiO2的光解水制氫反應(yīng)活性最高。
　　 文中，對鐵系金屬離子的摻雜增強(qiáng)機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　 (2)采用PCM法制備出鈷鎳共摻雜二氧化鈦(Co+Ni/TiO2);以XRD，氮?dú)馕?脫附，UV-VisDRS，Raman，高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)以

5、及氫氣程序升溫還原(H2-TPR)等手段對材料進(jìn)行了表征；采用光催化分解水制氫作為探針反應(yīng)，以前六小時(shí)氫的生成總量評價(jià)材料的光催化性能。
　　 結(jié)果表明，樣品主體成分為銳鈦礦晶型的二氧化鈦，鈷鎳共摻雜能夠明顯提升二氧化鈦光催化材料的光解水制氫活性，0.1%Co+0.2%Ni/TiO2樣品的制氫活性明顯高于0.1%Co/TiO2與0.2%Ni/TiO2，甚至超過二者的總和；同時(shí)，0.1%Co+0.2%Ni/TiO2樣品的制氫活性也