簡易合成幾種高活性的可見光納米光催化劑及其性能表征.pdf

1、將無機(jī)半導(dǎo)體材料應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，不僅可以解決能源緊缺的問題，而且還可以為解決環(huán)境污染問題提供一種可行的處理方法。由于量子效應(yīng)，納米半導(dǎo)體材料相對(duì)于塊體材料在性能上會(huì)有一個(gè)很大的提高。這里主要介紹了兩種光催化效率很高的納米半導(dǎo)體材料。
　　 一種是碳修飾、氮摻雜的二氧化鈦。碳修飾、氮摻雜的二氧化鈦(簡稱N-TiO2/C)成功地通過一步簡單的合成方法得以制備，這里采用的是一步水熱處理法，在L-lysine既作為絡(luò)合劑控制納米晶生長

2、，同時(shí)又提供碳源和氮源的條件下合成的。所獲得的納米復(fù)合物的物相，結(jié)構(gòu)，組成，碳、氮的含量及其存在形態(tài)等都經(jīng)過了一系列的測試，包括熱重分析(TGA)，X-射線粉末衍射(XRD)，透射電子顯微學(xué)(TEM)，高分辨透射電子顯微學(xué)(HRTEM)，拉曼光譜，紫外．可見吸收光譜(UV-vis)，X-射線光電子能譜(XPS)，電子順磁共振光譜(EPR)，傅里葉變換-紅外光譜(FTIR)和氮?dú)馕?脫附。所得的N-TiO2/C納米復(fù)合物的光催化活性，是

3、以甲基橙為對(duì)象，在可見光照射下進(jìn)行測試的。結(jié)果說明N-TiO2/C納米復(fù)合材料在可見光區(qū)域，比單獨(dú)的二氧化鈦和氮摻雜的二氧化鈦有更強(qiáng)的吸收，為此我們也證明了氮摻雜進(jìn)入了二氧化鈦的晶格，而碳物種則修飾在光催化劑的表面。氮摻雜可以在半導(dǎo)體禁帶中引進(jìn)其他能帶，從而使帶隙變窄；修飾在表面的碳一方面起到敏化的作用，可以增加催化劑對(duì)可見光的吸收，另一方面可以吸收電子，促進(jìn)光生電子和空穴的分離。因此，該納米復(fù)合物的催化活性可以得到顯著的提高。顯然，水

4、熱反應(yīng)體系中的L-lysine與TiCl4的摩爾比和pH值，對(duì)N-TiO2/C的可見光催化活性有著顯著的影響，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，L-lysine與TiCl4的最佳摩爾比是8，而最佳pH值為4，在該條件下制備得到的催化劑在可見光下降解甲基橙的活性最強(qiáng)。研究結(jié)果表明：相比于被研究地最多的氮摻雜的二氧化鈦，我們所制備的N-TiO2/C可以說是環(huán)境凈化可見光光催化劑中的一種富有前景的材料。
　　 另一種是鋅鎘硫固溶體。利用可見光裂解水產(chǎn)氫，

5、是一種富有實(shí)際意義的研究，因?yàn)樗粌H可以利用現(xiàn)有能源，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并能解決能源緊缺的問題，產(chǎn)生氫能。其中氫能是一種潔凈、環(huán)境友好的能源。因此尋求產(chǎn)氫活性較高的光催化劑成為一種趨勢。在我們的研究中，一系列的納米多孔材料，Zn1-xCdxS固溶體，通過一步室溫反應(yīng)成功合成，且中間沒有添加任何表面活性劑或模板。所得的固溶體，在S2-和SO32-作犧牲劑的前提下，在可見光照射下，表現(xiàn)出了很高的裂解水產(chǎn)氫的能力。通過在表面沉積Pt后，光

6、解水的活性得到了很大的提高，并且在x=0.20和pH=7.3的條件下，獲得的樣品的活性最高。單獨(dú)的和沉積了0.25wt％Pt的Zn0.80Cd0.20S納米顆粒在可見光下的制氫速率分別為193μmolh-1和458μmolh-1，在模擬太陽光的照射下，裂解水產(chǎn)氫速率分別達(dá)252和640μmolh-1。而且，單獨(dú)的Zn0.80Cd0.20S在長時(shí)間的可見光的照射下，仍然能保持很高的光催化活性。為了研究導(dǎo)致該固溶體性能好的原因，我們對(duì)其進(jìn)行