基于鈦酸納米結(jié)構(gòu)的TiO2基復(fù)合光催化劑光催化性能和構(gòu)—效關(guān)系.pdf

1、基于表面相結(jié)和異質(zhì)結(jié)來構(gòu)造TiO2基復(fù)合光催化劑是制備高效光催化劑的有效策略。本篇博士學(xué)位論文以鈦酸納米結(jié)構(gòu)為前驅(qū)體，通過控制其轉(zhuǎn)化過程制備了多種具有不同表面相結(jié)和異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的TiO2基復(fù)合光催化劑，系統(tǒng)研究了其在模擬太陽光照下光解水產(chǎn)氫反應(yīng)中的光催化性能和結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，取得如下主要研究結(jié)果:
　　1.通過鈦酸納米纖維和Sr(OH)2在乙醇和水混合溶劑中的水熱反應(yīng)制備了系列具有不同的異質(zhì)結(jié)納米纖維結(jié)構(gòu)。隨Sr(OH)2/H-ti

2、tanate摩爾比的增加，異質(zhì)結(jié)納米纖維結(jié)構(gòu)從TiO2/H-titanate兩相異質(zhì)結(jié)構(gòu)，到SrTiO3/TiO2/H-titanate三明治三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)，再到SrTiO3/H-titanate兩相異質(zhì)結(jié)構(gòu)。發(fā)現(xiàn)SrTiO3選擇性生長在TiO2/H-titanate兩相異質(zhì)結(jié)構(gòu)的TiO2表面從而形成三明治SrTiO3/TiO2/H-titanate三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究了各種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的界面電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制和光催化活性，發(fā)現(xiàn)三明治SrTiO3/T

3、iO2/H-titanate三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的SrTiO3和H-titanate導(dǎo)帶電子均可以有效轉(zhuǎn)移到光催化活性的TiO2導(dǎo)帶并參與光還原水產(chǎn)氫反應(yīng)，從而表現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于TiO2/H-titanate和SrTiO3/H-titanate兩相異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光解水產(chǎn)氫活性。該研究結(jié)果表明高活性三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑不僅需要合適的能帶結(jié)構(gòu)利于電荷轉(zhuǎn)移，同時(shí)也需要合適的幾何結(jié)構(gòu)利于轉(zhuǎn)移電荷有效參與表面催化反應(yīng)。
　　2.以鈦酸納米管為前軀體，通過調(diào)

4、變水熱處理時(shí)HNO3濃度，制備系列具有不同相組成的TiO2光催化劑。隨著HNO3濃度提高，TiO2相組成由純銳鈦礦相到銳鈦礦-板鈦礦-金紅石三相混合相、再到板鈦礦-金紅石兩相混合相，最后為純金紅石相?；煜郥iO2材料中表面相結(jié)的存在能夠有效抑制光生電子和空穴的復(fù)合，提高其光催化產(chǎn)氫活性，其中相組成為72.9 wt％銳鈦礦相、24.6wt％板鈦礦相和2.5 wt％金紅石相的TiO2光催化劑在相同條件下的光解水產(chǎn)氫速率是P25的4倍。

5、>　　3.制備了Cu2+離子交換的鈦酸納米管，通過空氣焙燒制備了CuOx/TiO2納米棒復(fù)合光催化劑。發(fā)現(xiàn)鈦酸高溫分解生成TiO2產(chǎn)生的氧空位能夠還原Cu2+生成Cu2O，形成TiO2納米棒負(fù)載的Cu2O納米粒子;隨Cu2+負(fù)載量增加，形成TiO2/Cu2O納米棒核/殼結(jié)構(gòu);繼續(xù)增加Cu2+負(fù)載量則形成TiO2/Cu2O納米棒核/殼結(jié)構(gòu)負(fù)載的CuO納米粒子。TiO2/Cu2O納米棒核/殼結(jié)構(gòu)在光解水產(chǎn)氫反應(yīng)中表現(xiàn)出最高活性和良好的穩(wěn)定性

6、。該研究結(jié)果表明Cu2O薄膜自身能夠作為高效光催化劑完成光解水產(chǎn)氫反應(yīng)。
　　4.以Ni2+和Ag+離子交換的鈦酸納米管為前驅(qū)體制備了NiO/TiO2和Ag0-Ag+/TiO2納米棒復(fù)合光催化劑。觀察到光解水產(chǎn)氫反應(yīng)過程中NiO和Ag+能夠被原位光還原。通過對比研究了不同Ag負(fù)載量Ag0-Ag+/TiO2在模擬太陽光照射和紫外光照射下的光催化產(chǎn)氫行為，闡明了Ag納米粒子表面等離子體共振效應(yīng)對Ag0-Ag+/TiO2復(fù)合光催化劑的促