二氧化鈦納米片負載型貴金屬助催化劑的表界面設(shè)計及其光催化機理研究.pdf

1、對光催化劑而言，將金屬助催化劑與半導(dǎo)體的復(fù)合是一個有效的方法來提高光催化劑將太陽能轉(zhuǎn)換為化學能的效率。一方面，金屬助催化劑可以抽取半導(dǎo)體的電子，有效阻止電子-空穴的分離，另一方面，金屬助催化劑作為反應(yīng)的高活性位點，促進催化劑表面還原反應(yīng)的進行。本文主要是通過對金屬助催化劑的表面與界面進行設(shè)計來提高光催化劑在光解水產(chǎn)氫和光催化還原二氧化碳(CO2)兩方面的光催化效率。我們通過在半導(dǎo)體與金屬催化劑的表面與界面設(shè)計中選擇適合的二維金屬納米片作

2、為助催化劑，通過高的表面面積和界面面積實現(xiàn)高的光催化性能。通過用金屬氫化物作為理想的助催化劑，實現(xiàn)了將CO2還原成碳氫化合物的高性能光催化劑。通過對金屬助催化劑的晶界(GB)進行設(shè)計來提高光催化還原二氧化碳的性能。所研究的具體內(nèi)容如下:
　　1、通過以超薄的鈀(Pd)納米片作為助催化劑和等離子體激元，與二氧化鈦(TiO2)半導(dǎo)體納米片復(fù)合，分別用于紫外光和可見-近紅外光譜范圍的光催化產(chǎn)氫。因其獨特的二維材料(2D)納米結(jié)構(gòu)，Pd納

3、米片作為助催化劑，能使TiO2-Pd復(fù)合光催化劑擁有大的界面面積，有利于電子傳輸，以及Pd納米片大的暴露面積有利于還原反應(yīng)的進行;同時等離子體Pd納米片能拓寬光的響應(yīng)范圍，提供了強的可見-近紅外光吸收用于熱電子的產(chǎn)生，以及大的界面面積有利于熱電子的反向注入。因此，在兩種光照下，與三維的Pd納米四面體相比，Pd納米片能提高光催化的活性。
　　2、通過對鈀(Pd)助催化劑進行氫化處理，使其變成β-相鈀氫化物(PdH0.43)，這樣可以

4、大大的促進CO2光催化還原成甲烷(CH4)。首先，在TiO2納米片上原位生長立方體和四面體的Pd納米晶體，然后通過一個簡單的溶劑熱處理方法使其各自轉(zhuǎn)換成PdH0.43納米立方體和納米四面體。已發(fā)現(xiàn)氫摻雜可以改變電子結(jié)構(gòu)和提高Pd捕獲光生電子的能力。另一方面，晶格膨脹的PdH0.43助催化劑，能吸附在光催化反應(yīng)期間產(chǎn)生的H2。同時PdH0.43助催化劑表面通過氫化過程得到的氫原子可以加速CO2向CH4的轉(zhuǎn)換。因此，與Pd相比，對應(yīng)的PdH

5、043助催化劑不僅促進電子-空穴對的分離和延長載流子壽命，而且能提高CH4的產(chǎn)率，同時減少氫氣(H2)和一氧化碳(CO)的生成。
　　3、通過金屬助催化劑的晶界(GBs)設(shè)計來促進還原二氧化碳的光催化性能。在這個工作中，金屬(銠(Rh)和Pd）納米線擁有高的晶界密度，可以作為助催化劑將其負載在二氧化鈦納米片上，與相應(yīng)的沒有晶界的金屬納米顆粒相比較，晶界密度高的金屬納米線的負載能有效地減少氫氣的產(chǎn)生，大大地增強光催化二氧化碳還原的性