SrTiO3納米材料的制備、改性設(shè)計(jì)及光催化產(chǎn)氫性能研究.pdf

1、當(dāng)今，環(huán)境污染嚴(yán)重，極大地危害著人類的生存環(huán)境和身體健康；能源匱乏，已逐漸成為影響人類生存阻礙社會(huì)發(fā)展的重大問題。利用半導(dǎo)體光催化將取之不盡、用之不竭的太陽能轉(zhuǎn)化成氫能是解決這兩個(gè)重大問題的有效方法之一。g-C3N4有適合的導(dǎo)帶電位（比H+/H2的電極電位偏負(fù)）使其成為有潛力的產(chǎn)氫光催化劑。然而，SrTiO3的帶隙寬度太寬只能被紫外光激發(fā)，對(duì)太陽光的利用率低。因此設(shè)計(jì)制備高效穩(wěn)定的產(chǎn)氫光催化劑越來越受到人們的關(guān)注。本論文分別通過摻雜石墨

2、烯、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)和表面助催化劑修飾等方法設(shè)計(jì)制備新型納米SrTiO3復(fù)合光催化材料，有效地提高納米SrTiO3復(fù)合光催化材料的產(chǎn)氫性能。
　　制備的RGO-SrTiO3、g-C3N4/SrTiO3、NiS/g-C3N4/SrTiO3分別使用透射電子顯微鏡（TEM）、X-射線衍射儀（XRD）、X-射線光電子能譜（XPS）、比表面測(cè)試（BET）、紫外-可見漫反射光譜（DRS）、熒光光譜（PL）以及光電流等表征手段對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)、晶型、

3、表面特性、光吸收以及光生電子空穴分離情況進(jìn)行了表征，同時(shí)應(yīng)用光解水制氫系統(tǒng)對(duì)樣品進(jìn)行了光催化產(chǎn)氫性能測(cè)試。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)以鈦酸四丁酯、氧化石墨烯為原料，采用水熱法合成 RGO-SrTiO3復(fù)合材料，TEM顯示SrTiO3的直徑在100-150 nm、石墨烯片層在微米級(jí)別。光解水測(cè)試結(jié)果顯示純SrTiO3的產(chǎn)氫效率為194.1μmol·g-1·h-1，石墨烯與SrTiO3復(fù)合后，產(chǎn)氫效率有了明顯的提高，0.8％

4、石墨烯/SrTiO3樣品的產(chǎn)氫效率最高，達(dá)到363.8μmol·g-1·h-1，是純SrTiO3的1.9倍。這是由于石墨烯與SrTiO3復(fù)合，使得SrTiO3的光生電子傳導(dǎo)速率加快，并且起到了分離光生電子和空穴的作用，同時(shí)石墨烯與 SrTiO3復(fù)合后，RGO-SrTiO3復(fù)合材料的比表面積也增大，從而提高了RGO-SrTiO3復(fù)合材料的光催化性能。
　　(2)以尿素、鈦酸四丁酯為原料水熱法制備g-C3N4/SrTiO3，TEM和S

5、EM圖顯示SrTiO3被g-C3N4片層包裹著，并且復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸大小在500nm左右，產(chǎn)氫性能和光電流測(cè)試表明20%g-C3N4/SrTiO3的性能最佳。20%g-C3N4/SrTiO3的熒光強(qiáng)度最弱，表明熒光強(qiáng)度最弱活性最佳。20%g-C3N4/SrTiO3的產(chǎn)氫效率為405.7μmol·g-1·h-1，是純SrTiO3的2.1倍。這是由于g-C3N4/SrTiO3異質(zhì)結(jié)光照后，光生電子躍遷到g-C3N4的導(dǎo)帶上，達(dá)到分離光生電子和

6、空穴的作用。同時(shí)，g-C3N4/SrTiO3的比表面積也比SrTiO3增大了許多。
　　(3)以尿素、鈦酸四丁酯、醋酸鎳和硫化鈉為原料制備NiS/g-C3N4/SrTiO3，通過光電流和產(chǎn)氫性能的測(cè)試確定了NiS的最佳負(fù)載量。g-C3N4/SrTiO3負(fù)載NiS后產(chǎn)氫量大幅度提高，2%NiS/g-C3N4/SrTiO3的產(chǎn)氫效率高達(dá)1722.6μmol·g-1·h-1，是g-C3N4/SrTiO3產(chǎn)氫效率的4.3倍。這是由于NiS