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，在光催化領域中受到越來越多的關注。TiO2基半導體催化劑的微觀形貌、晶型結構、光學特性等物理性能的對其光催化性能有著至關重要的影響。然而，對于不同結構TiO2納米材料物理性能與其光催化活性之間關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。研究結果對提高TiO2基納米材料的催化性能具有現(xiàn)實的指導意義及應用價值。
　　針對 TiO2納米顆粒的粒徑和結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，結晶度保持在82％左右，結晶度系列樣品的結晶度由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，研究了粒徑和結晶度大小對 TiO2納米顆粒光催化性能的影響，結果表明，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效率，而結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，避免兩者相互轉化時消耗光生自由基，提高了光生電子

4、的有效利用率。
　　TiO2納米管具有結構規(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系。采用電化學陽極氧化法，通過調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。結果表明，F(xiàn)-的存在是 TiO2納米管形成的關鍵所在，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移效率；而 TiO2納米管表面雜質顆粒或絲束狀物質的出現(xiàn)為光生電子-空穴對的再結合提供了更多的活性中心，不利于催化反應的進行。
　　為了進一步提高 TiO2納米管在光催化裂解水反應中的催化活性，采用紫外光照輔助電化學沉積的方法制備了TiO2納米管負載NiMoZn復合納米顆粒。結果表明，NiMoZn復合納米顆粒中少量Zn的加入有利于促進產(chǎn)氫過程中的電子轉移過程，從而提高了催化活性，而過量Zn