發(fā)布時(shí)間：2021-07-19 16:39

　　本文圍繞利用水熱合成法制備不同形貌的TiO₂催化劑,對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的表征與分析,及其光解水制氫催化性能的測(cè)試。通過(guò)初步篩選,對(duì)部分催化效果較好的TiO₂進(jìn)行改性,負(fù)載不同的貴金屬,進(jìn)一步提高其光催化性能。主要內(nèi)容分為以下三個(gè)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(guò)光催化還原法負(fù)載金屬,對(duì)其改性,并進(jìn)行表征分析,經(jīng)光解水制氫性能測(cè)試。篩選出了超薄納米二氧化鈦。通過(guò)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,便宜廉價(jià),但在實(shí)際應(yīng)用中存在著太陽(yáng)能利用率低,僅在紫外光區(qū)有光響應(yīng),光生電子-空穴對(duì)易于復(fù)合猝滅等問(wèn)題。通過(guò)光催化還原法對(duì)超薄納米片催化劑進(jìn)行改性,負(fù)載了不同含量的三種貴金屬鉑（Pt）,鈀（Pd）,銀（Ag）得到三個(gè)系列催化劑Pt-TiO₂,Pd-TiO₂,Ag-TiO₂。... 

【文章來(lái)源】：西北大學(xué)陜西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

TiO2光解水制氫催化機(jī)理圖[68]

第一章緒論9以顯著增強(qiáng)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(fù)載量有關(guān)。比如摻雜0.1%-0.5%的V4+時(shí)可以明顯增強(qiáng)TiO2的光催化活性，而Al3+的摻雜則會(huì)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(méi)有增加[83,84]。有課題組在實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)對(duì)TiO2的摻雜，實(shí)驗(yàn)研究表明利用貴金屬對(duì)其進(jìn)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?yàn)殂K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(yīng)物，有利于反應(yīng)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(qiáng)催化劑活性。另外，金屬也會(huì)與TiO2之間的界面處形成肖特基勢(shì)能，因此催化活性得到了增強(qiáng)。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(yīng)用于可見光的區(qū)域，以達(dá)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(dǎo)體復(fù)合電子-空穴轉(zhuǎn)移過(guò)程Fig1.3Vectorialtransferofelectrons-holesincoupledsemiconductorsystem1.4.4表面光敏化改性TiO2半導(dǎo)體表面光敏化是通過(guò)將太陽(yáng)能的光吸收擴(kuò)展到可見光范圍來(lái)增強(qiáng)光催化性能的一種有效的改性方法，主要是通過(guò)化學(xué)吸附或者物理吸附的方法將有機(jī)染料吸附在二氧化鈦的表面[108]。染料敏化的機(jī)理較為簡(jiǎn)單，一般是使染料分子和TiO2通過(guò)分子間作用力相互結(jié)合，有機(jī)染料在較高能量的照射下，染料的光生電子從會(huì)從高軌道躍遷到低軌道，然后遷移到光催化劑的導(dǎo)帶中，從而實(shí)現(xiàn)敏化后的TiO2半導(dǎo)體光催化材料對(duì)光的響應(yīng)范圍從紫外光區(qū)紅移到可見光區(qū)，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍[109-111]。常見的敏化TiO2半導(dǎo)體光催化材料的有機(jī)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(xiàn)】：
期刊論文
[1]單原子分散貴金屬催化劑的光化學(xué)合成新策略[J]. 汪軍.  廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(04)
[2]氮自摻雜暴露（001）晶面TiO2微米片的可見光光催化CO2還原性能增強(qiáng)（英文）[J]. Maxwell Selase Akple,劉敬祥,秦志揚(yáng),S.Wageh,Ahmed.A.Al-Ghamdi,余家國(guó),劉升衛(wèi).  催化學(xué)報(bào). 2015(12)
[3]能源結(jié)構(gòu)調(diào)整與霧霾治理的最優(yōu)政策選擇[J]. 魏巍賢,馬喜立.  中國(guó)人口·資源與環(huán)境. 2015(07)
[4]光生物制氫技術(shù)研究進(jìn)展與經(jīng)濟(jì)分析[J]. 孫紹暉,孫培勤,陳俊武.  現(xiàn)代化工. 2010(01)
[5]煤化工行業(yè)環(huán)境污染現(xiàn)狀及對(duì)策建議[J]. 陳孝娥,黃載春,馬蘭,唐士豹,王剛,劉立新.  攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào). 2008(06)
[6]TiO2光催化分解水制氫研究進(jìn)展[J]. 李國(guó)防,曹廣秀,趙彥保.  化學(xué)通報(bào). 2008(09)
[7]敏化TiO2納米晶太陽(yáng)能電池[J]. 呂笑梅,方靖淮,陸祖宏.  功能材料. 1998(06)

碩士論文
[1]暗間歇時(shí)長(zhǎng)對(duì)光合細(xì)菌制氫的影響研究[D]. 張洋.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016
[2]環(huán)境污染治理中利益主體沖突博弈與機(jī)制設(shè)計(jì)[D]. 齊衛(wèi)娜.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué) 2016
[3]改性納米二氧化鈦光催化劑光解水制氫的研究[D]. 張露.華東理工大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3291047