二氧化鈦納米帶負(fù)載雙金屬催化劑的制備及催化和光催化性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)是一種常見(jiàn)的多功能無(wú)機(jī)非金屬材料，其廣泛應(yīng)用在工業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ畹母黝I(lǐng)域，其中納米TiO2在光催化、太陽(yáng)能電池、催化劑載體以及生物傳感器等方面均具有重要應(yīng)用。作為催化劑載體，近年來(lái)TiO2在納米金催化領(lǐng)域被廣泛研究。而在半導(dǎo)體光催化技術(shù)方面，對(duì)其進(jìn)行異質(zhì)化修飾改性的研究也是目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通常納米TiO2直接作為粉體或制備為薄膜材料使用，由此導(dǎo)致了其在某些領(lǐng)域的實(shí)際工業(yè)應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)或降低了其性能，如作為半導(dǎo)體光

2、催化材料在環(huán)境治理技術(shù)中的應(yīng)用。近來(lái)，一維納米材料的發(fā)展為納米TiO2的應(yīng)用和研究開(kāi)辟了一條新途徑。TiO2一維納米材料所具有的類纖維單晶結(jié)構(gòu)使其具有可集成性等優(yōu)點(diǎn)使它可以自組裝為宏觀整體紙狀材料。
　　 本論文主要以二氧化鈦粉末(P25)為前驅(qū)體，水熱法制備二氧化鈦納米帶(TiO2-NBs)一維結(jié)構(gòu)。采用光沉積法在二氧化鈦表面沉積銀納米顆粒，然后將所制各樣品(Ag/TiO2-NBs)在氯金酸溶液中進(jìn)行原位置換反應(yīng)，合成二氧化鈦

3、納米帶負(fù)載金銀雙金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)(Au-Ag/TiO2-NBs)，得到一種二氧化鈦納米帶負(fù)載金銀雙金屬納米顆粒催化劑。透射電子顯微鏡觀察(TEM)發(fā)現(xiàn)，所合成的金屬顆粒尺寸均在3nm以下，并且高度均勻地分布在二氧化鈦納米帶表面。X射線電子能譜(XPS)結(jié)合紫外可見(jiàn)吸光光譜(UV-vis)測(cè)試表明，雙金屬納米顆粒中的銀多數(shù)以氧化銀的形式存在，而Au以金屬態(tài)存在。相對(duì)于單一金屬催化劑(Au/TiO2-NBs或Ag/TiO2-NBs)，二氧化鈦納

4、米帶負(fù)載金銀雙金屬結(jié)構(gòu)具有的協(xié)同作用賦予其對(duì)苯甲醇選擇性氧化高催化活性及穩(wěn)定性。更為重要的是，基于這種納米帶負(fù)載雙金屬的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可以采用改良的造紙工藝技術(shù)，組裝形成一種新穎的高性能的多孔結(jié)構(gòu)的整體納米紙催化劑。將該整體式催化劑應(yīng)用于苯甲醇的氣相選擇性催化氧化，在較溫和的反應(yīng)條件下，即常壓下反應(yīng)溫度為240℃，空氣組成（O2/N2比為1∶4）進(jìn)氣，Au-Ag/TiO2-NBs納米紙催化劑表現(xiàn)出了高催化活性及對(duì)苯甲醛的高選擇性(＞99％)

5、，其空間轉(zhuǎn)化率(TOF)為2570h-1。30h穩(wěn)定性運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)表明，該催化劑在較高的反應(yīng)溫度下(240℃)一直保持了高的反應(yīng)速率，表明其具有很好的穩(wěn)定性。TEM觀察發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦納米帶上負(fù)載的金銀雙金屬顆粒粒徑在反應(yīng)前后變化很小，經(jīng)過(guò)反應(yīng)30h后，粒徑尺寸由1.48nm左右增加至1.92nm左右。掃描電子顯微鏡(SEM)觀察表明，反應(yīng)后二氧化鈦納米帶之間沒(méi)有發(fā)生燒結(jié)。綜上所述，所制備的Au-Ag/TiO2-NBs納米紙催化劑具有很高的催

6、化穩(wěn)定性。該催化材料的優(yōu)良穩(wěn)定性來(lái)自于兩方面:1、二氧化鈦納米帶作為金屬納米顆粒的載體所表現(xiàn)出來(lái)的高抗燒結(jié)性能;2納米雙金屬顆粒在二氧化鈦納米帶表面所具有的高抗團(tuán)聚燒結(jié)性能。由于光沉積形成的金屬顆粒以半球狀附著于二氧化鈦納米帶的表面，二者之間的強(qiáng)相互作用使得二氧化鈦納米帶對(duì)金屬顆粒起到了有效的固著作用;另一方面雙金屬結(jié)構(gòu)中存在的銀大部分以氧化銀的形式存在，氧化銀的存在對(duì)催化劑的穩(wěn)定性也起到了一定的作用。
　　 采用光沉積-原位置