本文選題：鈦基半導(dǎo)體 + 靜電紡絲�。� 參考：《武漢理工大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：化石燃料資源具有不可再生性,且在其過度使用過程中易產(chǎn)生污染物,引起日益嚴(yán)峻的能源危機和環(huán)境惡化,這已經(jīng)成為當(dāng)今社會面臨并亟待解決的兩大全球性難題。而太陽能資源總量巨大,對環(huán)境不產(chǎn)生任何污染包括溫室效應(yīng)等,是理想的可再生清潔能源,如何將太陽能轉(zhuǎn)化成可用的能源?半導(dǎo)體光催化技術(shù)被世界公認為是一種能解決環(huán)境污染和有效利用太陽能的理想途徑。它能在常溫下,直接利用太陽能,激發(fā)半導(dǎo)體光催化材料的光催化反應(yīng)。然而,以傳統(tǒng)的二氧化鈦半導(dǎo)體光催化材料為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)還存在著光響應(yīng)范圍較窄,太陽能利用率偏低,光生電子-空穴易復(fù)合和量子效率偏低等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)上的難題,嚴(yán)重阻礙了其在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。因此,為促進光催化技術(shù)的實際應(yīng)用,針對上述難題,采用靜電紡絲法得到具有獨特形貌的二氧化鈦基光催化材料,并通過對二氧化鈦進行復(fù)合改性來降低光生電子-空穴的復(fù)合機率,提高二氧化鈦的光催化性能,另外,還研究了其光催化機理,取得了以下研究結(jié)果:第一,以鈦酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、六水硝酸鎳為原料,無水乙醇、冰醋酸為溶劑制成前驅(qū)體溶液,采用靜電紡絲并結(jié)合煅燒法成功合成出一維(1D)NiO-TiO2復(fù)合納米纖維。利用X射線衍射(XRD)研究材料的相結(jié)構(gòu),場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM),及其附件能量色散X射線光譜(EDX)儀和透射電子顯微鏡(TEM)觀察材料的微觀形貌,X射線光電子能譜(XPS)表征光催化劑的表面元素價態(tài),氮氣吸附脫附測量其比表面積和孔結(jié)構(gòu),紫外-可見漫反射光譜(UV-vis)對所得樣品進行光電性能表征。新制一維NiO-TiO2復(fù)合納米纖維的光催化活性是通過在氙燈(模擬太陽光)照射下和以甲醇作犧牲劑的條件下來評估其產(chǎn)氫活性。結(jié)果顯示,與純二氧化鈦納米纖維相比,在相同的反應(yīng)條件下,加入少量NiO的TiO2復(fù)合納米纖維的光催化活性明顯增強,不同NiO的加入量也對其光催化活性有顯著影響,其中NiO的最佳含量為0.25 wt%,產(chǎn)氫速率為377μmol h-1g-1,表觀量子效率(QE)為1.7%。與純TiO2相比,其光催化產(chǎn)氫速率提高了7倍以上。這是因為在沒有貴金屬(Pt)作助催化劑的情況下,NiO也可以作為有效的助催化劑,來減少光生電子-空穴對的復(fù)合幾率,降低產(chǎn)氫過電勢。本工作展示了采用簡單的靜電紡絲法來制備高性能NiO-TiO2一維復(fù)合納米纖維結(jié)構(gòu)光催化材料的過程,探索了利用廉價的過渡金屬氧化物替換昂貴的貴金屬在光催化還原產(chǎn)氫中作助催化劑的可能性。另外,靜電紡絲得到的一維納米纖維獨特結(jié)構(gòu),相比TiO2納米顆粒,更有利于在實際應(yīng)用中的分離回收和循環(huán)使用。第二,石墨烯,是由單層碳原子堆積成具有類蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維(2D)納米材料,具有比表面積大、電荷遷移速率快、良好的熱傳導(dǎo)能力和機械強度高等優(yōu)點。因此,石墨烯基復(fù)合納米材料的制備與應(yīng)用引起了人們極大地關(guān)注。以鈦酸四丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、氧化石墨為原料,無水乙醇、冰醋酸為溶劑制成前驅(qū)體溶液,采用靜電紡絲并結(jié)合煅燒法成功合成出還原氧化石墨烯-氧化鈦(RGO-TiO2)一維復(fù)合納米纖維材料。然后利用包括XRD,FESEM、TEM、BET、UV-vis和熱重分析(TGA)等手段對所得樣品進行表征。在沒有貴金屬(Pt)作為助催化劑的情況下,研究了RGO的加入量對氧化鈦光催化產(chǎn)氫活性的影響。結(jié)果表明,在經(jīng)過RGO的改性后,二氧化鈦光催化產(chǎn)氫的性能得到了極大的提高。其中RGO的最佳含量為0.25 wt%,最優(yōu)產(chǎn)氫速率為149μmol h-1g-1,表觀量子效率為0.75%。在相同的反應(yīng)條件下,與純二氧化鈦納米纖維相比,其光催化產(chǎn)氫速率提高了10倍以上。這是由于RGO的引入,可以有效的增大樣品比表面積,并作為電子接收體起到加速電子傳輸?shù)淖饔?可以有效地分離光生電子-空穴對,增強光催化活性。提出了光催化反應(yīng)機理,并通過瞬時光電流響應(yīng)來進一步確認。
[Abstract]:In order to improve the photocatalytic activity of TiO _ 2 , the photocatalytic activity of TiO _ 2 composite nanofibers with a small amount of NiO was studied by means of electrostatic spinning . The process of preparing high - performance NiO - TiO2 one - dimensional composite nano - fiber structure photocatalysis material by using simple electrostatic spinning method is shown in this work . The results show that the preparation and application of nano - fiber with high specific surface area is 0.25 wt % , the optimal hydrogen production rate is 149.mu mol h - 1g - 1 and the apparent quantum efficiency is 0.75 % .
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O643.36;TQ116.2

【參考文獻】

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1 林克英;馬保軍;蘇f惞，

本文編號：1931052