本文圍繞利用水熱合成法制備不同形貌的TiO₂催化劑,對其進行相應的表征與分析,及其光解水制氫催化性能的測試。通過初步篩選,對部分催化效果較好的TiO₂進行改性,負載不同的貴金屬,進一步提高其光催化性能。主要內(nèi)容分為以下三個部分:一,采用不同鈦源,利用水熱合成法制備不同形貌的TiO₂催化劑,包括納米球,納米片,納米花,納米棒,超薄納米片。然后通過光催化還原法負載金屬,對其改性,并進行表征分析,經(jīng)光解水制氫性能測試。篩選出了超薄納米二氧化鈦。通過表征分析,超薄納米片TiO₂形貌極其薄,厚度大概在2nm以內(nèi)且形貌較柔韌和卷曲。二,雖然二氧化鈦光催化性能優(yōu)越,化學性質(zhì)穩(wěn)定,便宜廉價,但在實際應用中存在著太陽能利用率低,僅在紫外光區(qū)有光響應,光生電子-空穴對易于復合猝滅等問題。通過光催化還原法對超薄納米片催化劑進行改性,負載了不同含量的三種貴金屬鉑（Pt）,鈀（Pd）,銀（Ag）得到三個系列催化劑Pt-TiO₂,Pd-TiO₂,Ag-TiO₂。... 

【文章來源】：西北大學陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：76 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

TiO2光解水制氫催化機理圖[68]

第一章緒論9以顯著增強TiO2的光催化活，除了與金屬離子本身性質(zhì)和摻雜位置有很大的關(guān)系外，還與金屬負載量有關(guān)。比如摻雜0.1%-0.5%的V4+時可以明顯增強TiO2的光催化活性，而Al3+的摻雜則會降低其光催化活性[81,82]。而摻雜Cr3+雖然增加了TiO2的光吸收率，但二氧化鈦的光催化活性卻沒有增加[83,84]。有課題組在實驗中發(fā)現(xiàn)了摻雜金屬V可以縮小TiO2的帶隙，有效地提高了V摻雜TiO2催化劑的活性[85]。Tahir發(fā)現(xiàn)In摻雜可有效抑制光生電荷的重組，并提高TiO2對CO2還原的光催化活性[86]。利用La3+摻雜TiO2可以提高TiO2的熱穩(wěn)定性[87]。吳等人將W摻雜在TiO2的晶格中，與TiO2形成Ti-O-W結(jié)構(gòu)，使摻雜材料的表面產(chǎn)生活性缺陷并提高活性表面積，有效地提高了金屬摻雜TiO2催化劑的活性[85]。但其實對TiO2的摻雜，實驗研究表明利用貴金屬對其進行改性研究是最多的，尤其是以鉑（Pt），鈀（Pd），金（Au），銀（Ag）居多。是因為鉑金屬的d電子軌道未填滿，這種電子結(jié)構(gòu)的表面容易吸附反應物，有利于反應活性中間體的形成，因此具有較好的催化活性，而金和銀有著表面等離子體共振，可以吸收一定范圍的可見光，也可增強催化劑活性。另外，金屬也會與TiO2之間的界面處形成肖特基勢能，因此催化活性得到了增強。圖1.2金屬離子摻雜原理圖Fig1.2Schematicdiagramofmetaliondoping1.4.2非金屬摻雜非金屬硼(B)、碳(C)、氮(N)、氟(F)、磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、溴(Br)摻雜在二氧化鈦納米材料的表面上也被廣泛應用于可見光的區(qū)域，以達到改善催化劑的目的[88]。研究表明，非金屬原子摻雜TiO2可以減小TiO2的禁帶寬度，也可

第一章緒論11示：圖1.3半導體復合電子-空穴轉(zhuǎn)移過程Fig1.3Vectorialtransferofelectrons-holesincoupledsemiconductorsystem1.4.4表面光敏化改性TiO2半導體表面光敏化是通過將太陽能的光吸收擴展到可見光范圍來增強光催化性能的一種有效的改性方法，主要是通過化學吸附或者物理吸附的方法將有機染料吸附在二氧化鈦的表面[108]。染料敏化的機理較為簡單，一般是使染料分子和TiO2通過分子間作用力相互結(jié)合，有機染料在較高能量的照射下，染料的光生電子從會從高軌道躍遷到低軌道，然后遷移到光催化劑的導帶中，從而實現(xiàn)敏化后的TiO2半導體光催化材料對光的響應范圍從紫外光區(qū)紅移到可見光區(qū)，擴大了其應用范圍[109-111]。常見的敏化TiO2半導體光催化材料的有機染料有亞酞菁、羅丹明B、曙紅等。圖1.4染料敏化工作原理圖Fig1.4Workingprinciplediagramofdyesensitization

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3291047