高比表面積TiO2-貴金屬復(fù)合材料的制備及其光解水制氫性能研究.pdf

1、光解水制氫技術(shù)作為太陽能利用的重要方式之一，除了能提供高能量密度且無污染的氫能之外，還有望對太陽能電池、光催化CO2還原、光催NH3合成等的研究提供借鑒和幫助，因此，光解水制氫技術(shù)自1972被發(fā)現(xiàn)以來一直受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，通過近50年的發(fā)展，光解水制氫的太陽能-氫能轉(zhuǎn)換效率依然達(dá)不到10％的工業(yè)化應(yīng)用的最低限度。除此之外，光解水制氫技術(shù)還面臨著量子產(chǎn)率低、太陽光利用率低、催化劑的穩(wěn)定性亟待提高等問題。為此，研究者先后從開發(fā)新的

2、催化劑體系、提高太陽光的吸收效率、改變犧牲劑種類、降低電子遷移的肖特基勢壘等諸多方面對光解水制氫技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，并取得了顯著的效果。但諸多的研究也表明:開發(fā)新的催化劑體系、提高原有催化劑的性能依然是目前有效提高光催化轉(zhuǎn)化效率、降低催化劑成本的主要途徑之一。
　　二氧化鈦(TiO2)作為最早研究開發(fā)的光催化劑之一，因其無毒、穩(wěn)定、廉價、環(huán)保等優(yōu)勢，在環(huán)境治理、自清潔、水裂解、有機(jī)光合成、CO2還原、太陽能電池等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。高

3、比表面積催化劑能顯著提高催化劑的活性位點，進(jìn)而提高材料的催化性能。但受制于目前合成技術(shù)的影響，高比表面積TiO2納米材料的研究還相對較少。因此，利用一種簡單的合成技術(shù)制備具有高比表面積的TiO2并對其進(jìn)行修飾，提高TiO2復(fù)合材料的光解水制氫活性，無論對TiO2光解水制氫活性的提高還是對光解水制氫性能的認(rèn)識都具有重要的理論價值和實踐意義。
　　基于此，本論文利用水浴-光誘導(dǎo)的方法合成了TiO2、Ag-TiO2、Au-TiO2等具有

4、高比表面積的催化劑用于光解水制氫性能研究，通過對材料的組成和形貌表征發(fā)現(xiàn):合成體系的pH值除能影響復(fù)合材料的比表面積之外，還會影響金屬納米顆粒在TiO2表面的形狀和含量。復(fù)合材料的光解水制氫性能測試結(jié)果表明:所制備的復(fù)合材料顯示出優(yōu)越的制氫性能，且受貴金屬納米顆粒的含量和形貌的影響。主要研究內(nèi)容包括以下方面:
　　1、高比表面積、單分散無定型二氧化鈦量子點的合成及其光解水制氫性能研究。通過光解水制氫法在醇水溶液中對其產(chǎn)氫活性進(jìn)行了

5、測試。結(jié)果表明，納米二氧化鈦大小均一、分散性好、有著較大比表面積、活性位點多，是一種良好的半導(dǎo)體載體。納米顆粒的大小10.6 nm，納米二氧化鈦的光解水產(chǎn)氫速率為8.2μmol h-1 g-1。
　　2、Ag納米顆粒形貌及其含量在TiO2表面的pH調(diào)控和光催化制氫性能研究。通過水浴和光誘導(dǎo)輔助法成功合成了一系列Ag-TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)合成體系的pH對Ag納米顆粒的形貌及其含量具有顯著的影響。隨著合成體系pH值的增加，Ag納米顆粒

6、逐漸從棒狀變?yōu)槠瑺?，最后到球狀。對Ag-TiO2光催化制氫性能的測試結(jié)果表明:pH為2.86，AgNO3添加量為1wt％，催化劑用量為0.5 g/L，犧牲劑為甲醇時，Ag-TiO2催化劑的產(chǎn)氫活性最佳，達(dá)476.7μmol h-1 g-1。
　　3、Au納米顆粒形貌及其含量在TiO2表面的pH調(diào)控和光催化制氫性能研究。通過水浴和光誘導(dǎo)輔助法制備出一系列Au-TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)合成體系的pH對Au納米顆粒的形貌及含量有明顯的影響。