Ti-nanoTiO2膜電極的修飾改性及其對糠醛電催化還原研究.pdf

1、在眾多的半導體材料中，TiO2因其具有高氧化還原選擇性、化學穩(wěn)定性、無二次污染和良好的光電學性質等優(yōu)良特性，因而在光電材料的應用方面得到人們的普遍關注，成為人們的研究熱點。本文以鈦酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]、乙酰丙酮(AcAc)、表面改性劑、無水乙醇和稀土的硝酸化合物為原料，采用溶膠-凝膠法制備了表面顆粒組成的TiO2薄膜電極、稀土La摻雜的TiO2薄膜電極（Ti/La2O3-nanoTiO2薄膜電極）以及稀土Pr摻雜的TiO2薄

2、膜電極（Ti/Pr2O3-nanoTiO2薄膜電極）。利用SEM、XRD、XPS以及電化學測試(CV、EIS)等檢測手段對制備出的各種TiO2薄膜電極進行了表征。主要研究成果如下:
　　1考察了在制備TiO2薄膜電極時，表面改性劑對TiO2薄膜電極電催化活性的影響。為了優(yōu)化納米TiO2顆粒表面的分散性與潤濕性，研究了不同種類和不同添加量的表面改性劑對鈦液體系表面張力的影響。分別選用以下三種表面改性劑:十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二

3、烷基苯磺酸鈉(SDBS)和六偏磷酸鈉(SHMP)。CV測試結果表明:SDBS的電催化活性高于其它兩種表面改性劑。同時探究了SDBS含量對TiO2膜電極電催化活性的影響，當SDBS/前驅體的質量百分比為1％時，經(jīng)過450℃熱處理得到的TiO2薄膜電極的表面較光滑，顆粒分布均勻，電催化活性最高。
　　2在優(yōu)化條件下，以六水·硝酸鑭(La(NO3)3·6H2O)為稀土鑭源或以水合硝酸鐠(Pr(NO3)3·nH2O)為稀土鐠源，成功實現(xiàn)了

4、TiO2薄膜電極的La或Pr摻雜改性，制備了不同摻雜量的TiO2薄膜電極（Ti/La2O3-nanoTiO2薄膜電極與Ti/Pr2O3-nanoTiO2薄膜電極）。研究結果發(fā)現(xiàn):在1mol/L硫酸溶液中的CV圖分析得，當引入La/Ti摩爾比為0.5％，所制備的Ti/La2O3-nanoTiO2薄膜電極活性是空白電極的4.0倍。當引入Pr/Ti摩爾比為0.3％，所制備的Ti/Pr2O3-nanoTiO2薄膜電極活性最高，是空白電極的3.5

5、倍。
　　3稀土La、Pr摻雜nano TiO2薄膜電極表面阻抗變小，SEM形貌觀察粒徑變小，比表面積增大，XRD分析，摻雜后峰寬寬化，表明稀土元素是通過摻入晶格使納米TiO2晶格發(fā)生畸變和膨脹，或形成表面氧化物覆蓋在納米TiO2表面。XPS表明表面電極的稀土元素是以三價形式摻雜到TiO2的晶格中去的，測試發(fā)現(xiàn)顆粒表面羥基氧增加，同時出現(xiàn)大量吸附氧，表面羥基的增加可以促進電極表面吸附有機物的能力，提高化學反應的效率。
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6、利用Ti/La2O3-nano TiO2薄膜電極(La/Ti=0.005)，研究了在糠醛DMF有機溶液中的電催化還原特性及其反應機理。結果表明:Ti/La2O3-nanoTiO2薄膜電極在糠醛DMF有機溶液中的最高峰電流密度為48 mA·cm-2，電流效率可以達到92％，糠醇產(chǎn)率達到90％，電催化活性是空白Ti/nanoTiO2薄膜電極的3.5倍左右。5利用Ti/Pr2O3-nanoTiO2薄膜電極(Pr/Ti=0.003)，研究了在糠