金屬-TiO2光子晶體光催化劑的制備及其光催化性能研究.pdf

1、TiO2因其無毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的光催化材料,然而較寬的光學(xué)帶隙和較快的光生載流子復(fù)合速率限制其在市場(chǎng)的應(yīng)用前景。為了提升TiO2的光催化效率,研究人員已采用一系列的方法來克服上述的缺陷,常用的方法包括化學(xué)摻雜、染料敏化、與窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬納米顆粒修飾等等。在貴金屬納米顆粒修飾TiO2時(shí),金屬納米顆粒能起到兩方面作用:一方面金屬納米顆粒與TiO2之間形成的肖特基勢(shì)壘能更有效地促進(jìn)光生載流子的分離,另一方

2、面某些貴金屬納米顆粒的表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)可以增加TiO2對(duì)可見光的吸收。
　　另外通過制備具有特殊微結(jié)構(gòu)TiO2材料也提升其光催化性能,其中反蛋白石結(jié)構(gòu)光子晶體由于其獨(dú)特的物理特性,近年來受到了光催化研究領(lǐng)域人員的極大關(guān)注。這主要是因?yàn)楣庾泳w作為一種有序大孔結(jié)構(gòu),較大的比表面積能夠增加材料與光的接觸面積,并且大孔結(jié)構(gòu)增加了光子在材料內(nèi)部的多重散射,增加了材料與光的接觸時(shí)間。同時(shí)光子晶體特有的慢光效應(yīng)還能有效降低光子在

3、光子禁帶邊緣的傳播速度,進(jìn)一步延長(zhǎng)光子與材料的相互作用時(shí)間,提高材料對(duì)光子的吸收。因此,將光子晶體與金屬納米顆粒相結(jié)合是提高TiO2材料光催化性能的可行途徑之一。
　　本文的研究?jī)?nèi)容主要包含以下的兩個(gè)工作:
　　1. Ag/TiO2光子晶體的制備及其光催化性能研究在第一部分工作中,我們利用脈沖電流沉積法制得Ag/TiO2光子晶體光催化劑。光催化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與沒有負(fù)載Ag納米顆粒的TiO2光子晶體樣品相比,Ag/TiO2光子

4、晶體光催化劑無論在全光譜還是可見光譜下,其光催化性能都有了明顯的提升。通過對(duì)脈沖電流沉積時(shí)間進(jìn)行細(xì)致研究發(fā)現(xiàn),沉積45秒Ag納米顆粒的樣品的光催化能力最強(qiáng),并且明顯優(yōu)于傳統(tǒng)紫外光照還原法制備的Ag/TiO2光子晶體光催化劑。這主要?dú)w功于在此工藝條件下制備出的Ag納米顆粒具有更好的單分散性,能呈現(xiàn)出更優(yōu)的SPR效應(yīng)和較好的光生載流子分離能力。同時(shí)我們也提出了Ag納米顆粒提升 TiO2光子晶體可見光光催化性能的理論模型。這部分工作發(fā)表在Jo

5、urnal of Materials Chemistry A,2014,2,824.
　　2. Au/TiO2光子晶體的制備及其光催化性能研究在第二部分工作中,我們同樣利用脈沖電流沉積法制備了Au/TiO2光子晶體光催化劑,并且通過改變聚苯乙烯(PS)納米微球的尺寸來調(diào)控TiO2光子晶體光子禁帶的位置。研究結(jié)果表明,光子晶體慢光效應(yīng)的紅邊(藍(lán)邊)與Au納米顆粒的SPR效應(yīng)耦合確實(shí)能影響TiO2光子晶體的可見光光催化性能,并且紅邊耦