Bi2S3 QDs和碳量子點修飾{001}TiO2及其光催化還原CO2為甲醇的研究.pdf

1、光催化還原CO2作為近些年來的研究熱點，在能源發(fā)展和環(huán)境保護(hù)方面都有著非常重要的應(yīng)用：將空氣中的CO2作為原料并光催化還原為甲醇，在降低“溫室效應(yīng)”的主要氣體CO2含量的同時，將CO2和清潔、豐富的太陽能轉(zhuǎn)化為有機化工品儲存起來，既保護(hù)環(huán)境，又實現(xiàn)了能源的綠色可持續(xù)發(fā)展，具有非常大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。因此本文合成了Bi2S3 QDs/TiO2和CQDs/Ag-TiO2這兩種復(fù)合催化劑，通過對{001}TiO2進(jìn)行修飾，在控制晶體生長的同時

2、負(fù)載貴金屬和量子點，來提高光生載流子的分離，從而提高復(fù)合催化劑的光催化活性。具體研究內(nèi)容如下：
　　1）選取F離子作為唯一的表面封端劑，用于制備暴露高能結(jié)晶面{001}面的銳鈦礦TiO2納米片，當(dāng)加入HF（40wt％）的體積為3mL的時候，制備得到大小為50～70nm之間的兩端截斷的雙錐體納米片，厚度大約為5nm。不同結(jié)晶面的光催化活性不同，反應(yīng)中產(chǎn)生的一部分光生電子會轉(zhuǎn)移到TiO2的{001}表面，并立即參與到還原反應(yīng)中，另外一

3、部分會轉(zhuǎn)移到{101}表面，從而有效地防止光生電子和光生空穴在催化劑表面的再復(fù)合。在銳鈦礦TiO2的{001}和{101}結(jié)晶面的協(xié)同作用下，促進(jìn)了光生載流子的分離，提高了光催化還原反應(yīng)。
　　2）采用溶劑熱法成功制備Bi2S3 QDs/TiO2復(fù)合光催化劑，實驗中選取異丙醇作為犧牲劑，在紫外燈照射下，CO2被有效還原為甲醇，異丙醇則被氧化為丙酮。利用在線紅外監(jiān)測體系中 CO2含量的變化，進(jìn)一步證實了 CO2確實在光催化反應(yīng)中被還

4、原。甲醇產(chǎn)率隨著Bi2S3 QDs負(fù)載量的增加而增加，在TiO2和Bi2S3的摩爾比為20的時候（即x=20），甲醇的產(chǎn)率達(dá)到最高，為1169.15μmol/g/h。較小的顆粒體積為光催化反應(yīng)提供了充分的光吸收表面；Bi2S3 QDs的負(fù)載使得光生載流子能夠在半導(dǎo)體和量子點之間順利轉(zhuǎn)移，從而保證光生載流子在催化劑表面的成功轉(zhuǎn)移和分離，進(jìn)而促進(jìn)了光催化活性的提高。
　　3）以蔗糖作為原料，采用簡單的水熱法制備了 CQDs，并在{00

5、1}TiO2納米片上同時負(fù)載 Ag和 CQDs，制備 CQDs/Ag-TiO2復(fù)合催化劑。光催化活性隨著Ag和CQDs的負(fù)載而表現(xiàn)出明顯的提高；CQDs的上熒光轉(zhuǎn)換效應(yīng)和金屬Ag的電子阱以及等離子體共振效應(yīng)對于復(fù)合催化劑吸收邊的擴展和光生載流子的有效分離具有很大的作用。同時對比了不同比例{001}和{101}結(jié)晶面對光催化活性的影響，實驗結(jié)果證明，當(dāng)HF（40wt%）的加入體積為3mL的時候，即當(dāng)a為3時候，產(chǎn)率達(dá)到最高，為699.5μ