近年來,半導(dǎo)體光催化劑分解水制氫技術(shù)是最有可能解決能源問題的手段之一。TiO₂由于其穩(wěn)定性好、資源豐富、無毒無害的優(yōu)點(diǎn),是眾多光催化劑中最有發(fā)展前景的材料之一。由于其較寬的帶隙（E_g=3.2 eV）只能響應(yīng)太陽(yáng)光中約5%的紫外光,而對(duì)太陽(yáng)光中絕大部分的可見光不能響應(yīng)。此外,TiO₂在光催化過程中光生電子和空穴容易復(fù)合,導(dǎo)致了TiO₂的量子效率和光催化活性很低。因此,對(duì)TiO₂進(jìn)行改性提升其光催化制氫性能顯得十分重要。助劑修飾是最有效的提高半導(dǎo)體材料的光催化性能改性方法之一。作為電子助劑中運(yùn)用得最廣泛的一類助劑,貴金屬（如Pt、Au、Ag、Pd等）助劑可以改善TiO₂及其他光催化劑的性能,主要原因是由于貴金屬能從半導(dǎo)體表面迅速捕獲和轉(zhuǎn)移電子。除了貴金屬之外,有許多研究證明價(jià)格低廉、資源豐富的非貴金屬（如Cu、Co、Ni等）可以用作電子助劑。在光催化制氫過程中,光催化劑中電子的轉(zhuǎn)移和隨后發(fā)生的界面催化反應(yīng)都能影響光催化劑的光催化制氫活性。然而,由于大多數(shù)金屬（... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：75 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光催化機(jī)理圖[27]

61.2二氧化鈦基光催化劑制氫的研究現(xiàn)狀1.2.1二氧化鈦基光催化劑的制氫機(jī)理半導(dǎo)體材料能光催化制氫的前提：其導(dǎo)帶位要比H+/H2的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)位置要更負(fù)。使用較多的TiO2的導(dǎo)帶位標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)為-0.26V(vs.SHE)，比H+/H2的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)位置更負(fù)，因此當(dāng)TiO2光催化劑受到紫外光照射的時(shí)候，可以發(fā)生光催化產(chǎn)氫反應(yīng)。TiO2光催化產(chǎn)氫反應(yīng)主要包括以下三個(gè)步驟，如圖1-2所示：(1)光源激發(fā)過程：TiO2光催化劑受到紫外光照射激發(fā)的時(shí)候，TiO2價(jià)帶上的電子躍遷到導(dǎo)帶位置從而形成光生電子，并在價(jià)帶位置留下光生空穴，形成了電子-空穴對(duì)：(2)電荷轉(zhuǎn)移過程：激發(fā)態(tài)光生電子和光生空穴會(huì)分別向材料表面進(jìn)行遷移；(3)界面反應(yīng)過程：在TiO2光催化劑表面，光生電子會(huì)與溶液中的質(zhì)子發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，而光生空穴會(huì)與溶液中的犧牲劑發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO2和H2O。圖1-2TiO2光催化產(chǎn)氫機(jī)理圖1.2.2二氧化鈦基光催化劑光催化制氫性能增強(qiáng)方法二氧化鈦有著穩(wěn)定、資源豐富、無毒無害的優(yōu)點(diǎn)，是眾多光催化劑中最有發(fā)展前景的材料之一。但是由于其較寬的帶隙(Eg=3.2eV)只能響應(yīng)太陽(yáng)光中的

7約5%的紫外光，對(duì)太陽(yáng)光中絕大部分的可見光不能響應(yīng)，而且光催化過程中有電子轉(zhuǎn)移速率緩慢、光生電子和空穴容易復(fù)合、表面活性位點(diǎn)稀少等缺點(diǎn)，這些共同導(dǎo)致了TiO2的量子產(chǎn)率和光催化活性很低。為了進(jìn)一步提升TiO2的制氫性能，對(duì)其進(jìn)行改性十分重要。目前對(duì)TiO2進(jìn)行改性常用的方法主要有：(1)半導(dǎo)體耦合；(2)元素?fù)诫s；(3)形貌調(diào)控；(4)染料敏化：(5)助劑修飾等方法。1.2.2.1半導(dǎo)體耦合TiO2的禁帶寬度較大，不利于可見光的吸收，與窄禁帶寬度的半導(dǎo)體材料復(fù)合，可以使光生載流子由一種半導(dǎo)體的能級(jí)注入到另一種半導(dǎo)體的能級(jí)上。從而降低材料的禁帶寬度，使其在可見光范圍內(nèi)有吸收，從而提高制氫性能。Yan等人[46]通過煅燒三聚氰胺的方法得到g-C3N4，水解四氯化鈦的方法得到TiO2，通過將g-C3N4和TiO2進(jìn)行球磨以及共煅燒的方法得到圖1-3所示的g-C3N4/TiO2納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)該樣品發(fā)生明顯的紅移，在可見光下有吸收。Sasikala等人[47]采用多元醇法合成了SnO2修飾的TiO2納米復(fù)合光催化劑。由于SnO2導(dǎo)帶位置低于TiO2的導(dǎo)帶位置，所以光生電子從TiO2導(dǎo)帶傳輸?shù)絊nO2導(dǎo)帶比較容易，從而加速了電子和空穴的分離，因此光催化活性高于純TiO2。Si等人[48]采用水熱法制備Co3O4-TiO2納米顆粒，利用p型半導(dǎo)體Co3O4和n型半導(dǎo)體TiO2復(fù)合形成p-n結(jié)，可以提高對(duì)可見光的吸收率。圖1-3g-C3N4/TiO2納米復(fù)合材料的光催化原理[46]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多壁碳納米管（MWCNTs）負(fù)載錳摻雜二氧化鈦（Mn-TiO2）在SO2光催化脫除中的應(yīng)用[J]. 支靜濤,劉浩,于賢群,王婕,郝江濤,楊宏旻.  南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版). 2016(03)
[2]二氧化鈦納米材料的非均相光催化本質(zhì)及表面改性（英文）[J]. 溫九清,李鑫,劉威,方岳平,謝君,徐悅?cè)A.  催化學(xué)報(bào). 2015(12)
[3]納米二氧化鈦環(huán)保涂料降解汽車尾氣氮氧化合物效果研究[J]. 喬曉軍,李佩,文龍.  施工技術(shù). 2014(S2)
[4]Ag/TiO2納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及抗菌性能研究[J]. 李艷瓊,余巍,張俊敏,畢珺,譚志龍,王傳軍,潘勇,管偉明,聞明.  貴金屬. 2011(04)
[5]多層自組裝硫脲和納米金電流型萘免疫傳感器的研究[J]. 張巖,莊惠生.  分析化學(xué). 2010(02)
[6]C-N共摻雜納米TiO2的制備及其光催化制氫活性[J]. 張曉艷,崔曉莉.  物理化學(xué)學(xué)報(bào). 2009(09)
[7]超細(xì)鈷摻雜二氧化鈦的制備、表征及氣相光催化性能[J]. 張前程,張鳳寶,張國(guó)亮,張曉萍.  燃料化學(xué)學(xué)報(bào). 2004(02)
[8]2-巰基乙醇自組裝膜電極對(duì)多巴胺電催化氧化及其分析應(yīng)用[J]. 張修華,王升富.  分析化學(xué). 2002(11)
[9]TiO2光催化空氣凈化及抗菌材料的研究與應(yīng)用[J]. 肖新顏,陳煥欽,萬彩霞.  化學(xué)研究與應(yīng)用. 2002(05)



本文編號(hào)：3597948