具有增強性能的納米光-電催化劑的綠色合成法及其性能研究.pdf

1、當今世界，能源和環(huán)境問題是人類面臨的重大挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染是全球各國共同面臨的問題。目前化石能源仍然是開發(fā)和消耗最多的能源，一方面化石能源是不可再生能源，過度使用會造成能源枯竭；另一方面化石能源的使用排放大量的污染物，引起諸多環(huán)境問題。因此，開發(fā)清潔的新能源和解決當前環(huán)境問題成為迫切需要。
　　自從1972年日本科學家發(fā)現二氧化鈦電極能夠光分解水產生氫氣，半導體光催化技術被認為是解決世界能源危機的重要技術

2、。半導體光催化技術既能夠利用豐富的太陽能分解水產氫，也能夠降解有機污染物、還原二氧化碳，這對全球新能源開發(fā)和環(huán)境治理有重要的意義。
　　本文立足于二氧化鈦的光催化機理，靈活運用光沉積法分別制備出電催化劑和光催化劑，并測試了相應的電催化性能和光催化性能。文章主要研究內容和結果如下：
　　(1)我們以二氧化鈦納米顆粒(P25)作為光催化劑和模板，用高壓汞燈發(fā)射的紫外光作為反應的光源，通過光還原氯鉑酸使得鉑納米顆粒被沉積到二氧化鈦

3、表面。隨著光照時間延長，鉑納米顆粒生長成鉑納米枝，包裹在二氧化鈦的邊緣棱上，從而形成了籠狀結構的雛形。再用硫酸處理上述產物，使得二氧化鈦模板被完全刻蝕，籠狀鉑納米粒子即被制備。通過高分辨透射電鏡表征，發(fā)現構成籠狀鉑的納米枝寬度約為3 nm，納米枝之間相互分離，枝連枝后形成“籠”。結合高分辨透射電鏡并采用快速傅里葉變換確認籠狀鉑的納米枝屬于單晶，納米枝沿著<111>晶向生長，其晶格間距為0.23 nm，對應面心立方鉑的(111)晶面。XR

4、D表征進一步確認了籠狀鉑納米粒子屬面心立方鉑相。然后基于半導體光催化機理，我們探究了光催化模板發(fā)制備籠狀鉑納米粒子的機理。最后測試了籠狀鉑納米粒子在酸性電解質中對甲醇氧化的電催化性能，數據顯示其質量比活性約為商業(yè)鉑黑的4倍，穩(wěn)定性也優(yōu)于商業(yè)鉑黑，這使得它們有望作為直接甲醇燃料電池的陽極催化劑。
　　(2)采用與(1)類似的光沉積法，以氯化銅為前驅體，二氧化鈦納米粒子為載體，再通過后續(xù)干燥過程制備出Cu2O/TiO2復合納米顆粒。通

5、過TEM、EDX、XRD等分析表明負載于二氧化鈦表面的氧化亞銅納米粒子粒徑約為3 nm，尺寸均一且高度分散。通過對反應體系的上層清液進行紫外-可見吸收光譜分析，表明紫外光還原氯化銅反應是逐步還原過程。Cu2O/TiO2復合納米顆粒的紫外-可見漫反射光譜確定了其光響應范圍由紫外光區(qū)域擴展至可見光區(qū)域，從而為可見光作為光源光催化降解羅丹明B提供理論依據。最后測試了Cu2O/TiO2復合納米光催化劑在可見光下對羅丹明B的降解效率，結果顯示銅負