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(huì)所面臨的兩個(gè)重大問(wèn)題，利用可再生資源制備清潔無(wú)污染、并可持續(xù)利用的新能源是解決上述問(wèn)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(wèn)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(yáng)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(wèn)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(guò)光催化和電化學(xué)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)光電催化性能研究。因此，主

2、要的研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）利用簡(jiǎn)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(guò)研究其形成過(guò)程，可見(jiàn)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(jí)從而縮短其禁帶寬度，造成可見(jiàn)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(jiàn)光降解污染物和模擬太陽(yáng)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)。
　　（2）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(yáng)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(jí)結(jié)構(gòu)的氧化鈦納米管陣列(Ag/H-TiO2-NTAs)，在可見(jiàn)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(guò)脈沖沉積的時(shí)間來(lái)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(jiàn)光吸收能力，高的電流密度和增強(qiáng)的在可見(jiàn)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(jí)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(jiàn)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(jiàn)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(lái)的NC-CVD拓展到合成其他無(wú)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。
　　（5）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