TiO2基光催化剂的制备、表征及其光催化制氢性能的研究

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近年来，利用太阳能光催化分解水产生清洁能源氢气引起了人们的广泛关注，TiO2作为一种重要的半导体光催化材料，具有良好的稳定性、价格低廉、低毒等特点。由于光生电子和空穴的快速复合，单纯的TiO2量子效率和光催化制氢速率都比较低。通过在TiO2表面负载Cu作助催化剂以及合成TiO2(B)/锐钛矿异质结构来提高其光催化制氢活性，并研究了Cu纳米颗粒大小对Cu/TiO2复合材料光催化性能的影响及异质结构中两相比例对TiO2光催化剂性能的影响。主要研究工作如下：
　　采用简单、温和的球磨过程成功在TiO2表面负载上了Cu纳米颗粒，Cu纳米颗粒的大小都在5nm以下。当Cu的含量在10wt％以下时，Cu纳米颗粒均匀的附着在TiO2的表面。Cu纳米颗粒的大小可以通过球磨条件的改变在一定范围内进行调控，并且Cu纳米颗粒的尺寸按照Cu无水乙醇>Cu去离子水>Cu干磨的规律变化。在Cu含量为2wt%，Cu颗粒的大小在2-4nm区间内时，Cu/TiO2复合光催化剂具有高效和稳定的制氢速率，经光电流响应测试证实在该条件下有很好的光生载流子分离效果。实验证实在Cu含量相同时，Cu颗粒大小对Cu/TiO2的光催化活性有重大影响。当Cu含量过高时，TiO2表面Cu的覆盖率过高，此时Cu颗粒会成为电子和空穴复合的中心从而降低Cu/TiO2复合光催化剂的光催化活性。
　　利用水热法，以TiCl4和乙二醇为原料合成了表面由乙二醇包裹的TiO2(B)的超薄纳米片。采用光还原的方法在TiO2表面负载Pt之后，通过在不同温度进行热处理调节TiO2的晶相组成，制备TiO2(B)/锐钛矿相异质结构。Raman和XRD结果表明随着热处理温度的增加，复合结构中TiO2(B)相的含量不断减小，锐钛矿含量逐渐增加。光催化制氢的测试结果证明一定组成的异质结构能够显著提高TiO2的光催化活性，在400℃温度下热处理得到的异质结构TiO2光催化活性最高，氢气产生速率可达33.79mmol·g-1·h-1。

著录项

作者
倪大伟;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名马颖;
年度 2017
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属催化剂;
关键词
二氧化钛基光催化剂; 制备工艺; 异质结构; 光催化制氢活性;

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