晶體結(jié)構(gòu)及助催化劑對(duì)TiO2光解水產(chǎn)氫性能的影響.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),如何緩解經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與能源環(huán)境之間的矛盾成為擺在我們面前亟待解決的問(wèn)題。自1972年日本學(xué)者Fujishima和Honda在紫外光下首次利用電化學(xué)方法成功分解水產(chǎn)生氫氣以來(lái),利用太陽(yáng)能制備清潔能源—?dú)淠芤鹆烁鲊?guó)政府和科學(xué)家們的極大關(guān)注。由于TiO2具有良好的光催化活性和化學(xué)穩(wěn)定性,且價(jià)廉無(wú)毒,在光解水制氫、污水處理、太陽(yáng)能電池等眾多領(lǐng)域具有極好的應(yīng)用前景,近年來(lái)TiO2作為光催化材料越來(lái)越為人們所關(guān)注。
　　自然界

2、中TiO2主要以板鈦礦、銳鈦礦和金紅石三種晶型存在,其中板鈦礦不穩(wěn)定很少用作光催化劑。本論文利用TiCl4為前驅(qū)體在低溫條件下分別制備出了單一晶型的銳鈦礦和金紅石。通過(guò)SEM,XRD,UV-vis,FT-IR等表征,并與不同商業(yè)TiO2(P25、ST-21、ST-31)進(jìn)行結(jié)構(gòu)比較,測(cè)試其光催化分解純水性能及在甲醇和硝酸銀作為犧牲劑時(shí)產(chǎn)氫和產(chǎn)氧性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:除板鈦礦外,不同晶型TiO2光催化活性的高低主要取決于晶粒的表面性質(zhì),尺寸

3、大小以及犧牲劑含量等因素。混晶結(jié)構(gòu)的TiO2中由于金紅石與銳鈦礦的協(xié)同作用使金紅石型TiO2導(dǎo)帶中電子會(huì)向銳鈦礦型TiO2導(dǎo)帶中流動(dòng),從而提高了光量子產(chǎn)率。因此相比于單晶結(jié)構(gòu)TiO2,混晶結(jié)構(gòu)TiO2產(chǎn)氫效率更高。
　　在光解水制氫中,光生電子和空穴的復(fù)合是影響光催化劑性能的重要因素。常用的解決方法是在催化劑表面負(fù)載少量貴金屬作為助催化劑,但成本較高。因此,尋求價(jià)格低廉的非貴金屬助催化劑成為光解水制氫研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文利用水

4、熱法將少量CuS負(fù)載到P25表面作為助催化劑來(lái)提高其光催化產(chǎn)氫性能。通過(guò)XRD,SEM,TEM和EDX等表征,證明在P25表面有CuS存在,并對(duì)反應(yīng)前后催化劑做XPS分析,發(fā)現(xiàn)CuS/P25催化劑具有很好的光穩(wěn)定性。同時(shí)光致發(fā)光測(cè)試表明CuS作為一種助催化劑可有效抑制催化劑表面光生電子與空穴復(fù)合。催化劑CuS/P25經(jīng)過(guò)十個(gè)小時(shí)的循環(huán)產(chǎn)氫測(cè)試后,產(chǎn)氫效果依舊穩(wěn)定。改變CuS的負(fù)載量發(fā)現(xiàn),當(dāng)CuS的負(fù)載量為1％時(shí)光催化產(chǎn)氫效果最好,產(chǎn)氫效