納米TiO2基催化劑的制備及光電催化性能研究.pdf

1、TiO2基半導(dǎo)體催化劑具有催化活性高、氧化性強、耐光腐蝕性、無毒、成本低等優(yōu)點，在光催化領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注。TiO2基半導(dǎo)體催化劑的微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性等物理性能的對其光催化性能有著至關(guān)重要的影響。然而，對于不同結(jié)構(gòu)TiO2納米材料物理性能與其光催化活性之間關(guān)系的研究還不盡詳實。本文針對上述問題，系統(tǒng)性地研究了TiO2納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度大小對其光催化降解苯酚性能的影響，并研究了TiO2納米管的微觀形貌對其光催化及光電催

2、化性能的影響，通過對TiO2納米管進行負(fù)載改性，用簡單工藝制備出了成本低廉、穩(wěn)定性好、催化活性高的光催化裂解水產(chǎn)氫催化劑。研究結(jié)果對提高TiO2基納米材料的催化性能具有現(xiàn)實的指導(dǎo)意義及應(yīng)用價值。
　　針對 TiO2納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度不易單獨控制的問題，采用超臨界流體合成方法制備了一系列具有不同粒徑和結(jié)晶度的銳鈦礦納米顆粒，其中粒徑系列樣品的粒徑由6.6nm提高到了26.6nm，結(jié)晶度保持在82％左右，結(jié)晶度系列樣品的結(jié)晶度由1

3、2.6%提高到82.0%，粒徑大小均為~9.2nm；選用苯酚為模型分子，研究了粒徑和結(jié)晶度大小對 TiO2納米顆粒光催化性能的影響，結(jié)果表明，TiO2納米顆粒粒徑的增大可明顯提高其光催化降解苯酚的反應(yīng)效率，而結(jié)晶度的變化對其光催化活性幾乎沒有影響；通過對苯酚降解反應(yīng)過程中中間產(chǎn)物的生成與降解速率進行跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，TiO2納米顆粒粒徑的提高可有效抑制中間產(chǎn)物對苯二酚和苯醌之間的氧化還原反應(yīng)，避免兩者相互轉(zhuǎn)化時消耗光生自由基，提高了光生電子

4、的有效利用率。
　　TiO2納米管具有結(jié)構(gòu)規(guī)整、比表面積大、催化活性高等優(yōu)點，其催化性能與其表觀形貌有很大的關(guān)系。采用電化學(xué)陽極氧化法，通過調(diào)整制備過程中的工藝參數(shù)，如電解液中 F-濃度、氧化電壓、氧化溫度和氧化時間等制備了一系列TiO2納米管，研究了各因素對其微觀形貌以及光電催化性能的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)-的存在是 TiO2納米管形成的關(guān)鍵所在，F(xiàn)-濃度的提高有利于TiO2納米管的形成及生長，而過高的F-濃度會導(dǎo)致 TiO2納米管

5、長度及其表面規(guī)整度下降，氧化電壓、氧化溫度、氧化時間的變化均會影響其長度、管徑和表面規(guī)整度，適宜的陽極氧化條件為：F-濃度150mmol/L、氧化電壓50V、氧化溫度20℃、氧化時間120min，此時可制備出規(guī)整度高、表面清潔、長度約為4.5μm、管徑115nm的TiO2納米管；經(jīng)過對具有不同形貌的TiO2納米管的光電催化性能以及光催化降解RhB的性能進行研究可知，TiO2納米管長度、管徑和表面規(guī)整度的提高有利于提高其對紫外光的吸收利用

6、率，并可提高光生電子-空穴對的有效分離和轉(zhuǎn)移效率；而 TiO2納米管表面雜質(zhì)顆?；蚪z束狀物質(zhì)的出現(xiàn)為光生電子-空穴對的再結(jié)合提供了更多的活性中心，不利于催化反應(yīng)的進行。
　　為了進一步提高 TiO2納米管在光催化裂解水反應(yīng)中的催化活性，采用紫外光照輔助電化學(xué)沉積的方法制備了TiO2納米管負(fù)載NiMoZn復(fù)合納米顆粒。結(jié)果表明，NiMoZn復(fù)合納米顆粒中少量Zn的加入有利于促進產(chǎn)氫過程中的電子轉(zhuǎn)移過程，從而提高了催化活性，而過量Zn