混相MgTi2O5-MgTiO3微球的設(shè)計合成與光催化性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷加速，社會對能源的需要與日俱增，導(dǎo)致傳統(tǒng)化石能源的大量使用，其結(jié)果不但造成了能源短缺也帶來了一系列環(huán)境問題，嚴(yán)重影響人們的生產(chǎn)生活。因此，急需開發(fā)新型環(huán)保的能源轉(zhuǎn)化技術(shù)，生產(chǎn)清潔高效的新能源，服務(wù)人類社會。半導(dǎo)體光催化技術(shù)作為一種極具可行性的解決能源和環(huán)境問題的新途徑，尤其是光催化產(chǎn)氫技術(shù)不但有效地利用了太陽能資源而且生產(chǎn)高熱值、清潔的氫氣，近些年來備受人們關(guān)注。但是，由于缺乏合適的半導(dǎo)體光催化劑材料，使得當(dāng)前的光催

2、化產(chǎn)氫效率依然很低，難以實用化。開發(fā)新型高效、穩(wěn)定的半導(dǎo)體光催化劑是提高光催化產(chǎn)氫效率的關(guān)鍵?；煜噔佀猁}半導(dǎo)體具有高穩(wěn)定性、低電子空穴復(fù)合率和高性能等特點極具研究意義，有望成為未來可實用的半導(dǎo)體催化劑體系。但其依然存在一系列科學(xué)問題尚未解決?；诖?，本論文針對混相鈦酸鎂半導(dǎo)體難以控制合成、表面催化能力不足和可見光利用率差的科學(xué)問題，采用特殊的設(shè)計金屬-有機(jī)配位法制備了混相MgTi2O5/MgTiO3微球，并進(jìn)一步通過表面復(fù)合MoS2和N

3、摻雜等手段提高其表面催化能力和可見光利用率，并對光催化技術(shù)的機(jī)理進(jìn)行了以下研究，主要開展以下三部分工作:
　　1.鈦酸鎂晶體具有優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的半導(dǎo)體光電性能，是良好的光催化劑主體。但傳統(tǒng)的合成方法難以實現(xiàn)形態(tài)學(xué)控制，得到的材料顆粒尺寸大，電荷復(fù)合嚴(yán)重，限制了其在催化領(lǐng)域的應(yīng)用。本文利用水楊酸為有機(jī)配體，采用金屬-有機(jī)配位合成的方法合成了具有均勻微球形貌的MgTi-有機(jī)前驅(qū)體框架，并在空氣中對其進(jìn)行焙燒處理，從而獲得了保持

4、前驅(qū)體形貌的混相MgTi2O5/MgTiO3微球。通過詳細(xì)的測試表明，該樣品具有良好的紫外光催化產(chǎn)氫性能，并且化學(xué)穩(wěn)定性良好。其異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)可以有效提高光催化劑的電荷分離效率。此外，我們所開發(fā)出的這種方法具有良好的普適性，可用于多種二價金屬鈦酸鹽的制備合成。
　　2.混相MgTi2O5/MgTiO3微球雖然具有良好的半導(dǎo)體性能，但其表面催化能力較差。傳統(tǒng)的貴金屬負(fù)載法雖然能夠有效提高其表面光催化能力，但其成本過高，不符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求

5、?？紤]到光催化和電催化在原理上的共通性，本部分工作嘗試以具有良好電催化析氫活性且成本相對低廉的MoS2作為光催化助劑，提高混相MgTi2O5/MgTiO3微球的表面催化能力。實驗結(jié)果表明，通過該方法我們成功達(dá)成了實驗設(shè)計的預(yù)想，為改善半導(dǎo)體光催化性能提供了新思路。
　　3.混相MgTi2O5/MgTiO3微球作為一種寬帶隙的半導(dǎo)體材料，雖然對紫外光有較好的吸收利用，但卻無法對可見光產(chǎn)生響應(yīng)。并且由于其晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，傳統(tǒng)方法難以在不