TiOx基材料的制備、表征及光電化學(xué)應(yīng)用.pdf

1、當(dāng)今全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，帶來(lái)了環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題。隨著光電化學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，光催化技術(shù)和染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cell，DSSC)以其綠色環(huán)保和節(jié)能等特點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注。TiO2是光電領(lǐng)域重要的氧化物半導(dǎo)體，其中金紅石相(Eg:3.2eV)和銳鈦礦相(Eg:3.0eV)具有較高的光活性，在光催化劑和新型太陽(yáng)能電池領(lǐng)域得到了重要應(yīng)用。然而TiO2具有較寬的帶隙以及較高的電子空穴復(fù)合率，使其對(duì)太

2、陽(yáng)能的利用率不足。3 DOM(Three-Dimensionally OrderedMacroporous)結(jié)構(gòu)（又稱opal結(jié)構(gòu)）具有開(kāi)放和相互連接的大孔網(wǎng)絡(luò)，比表面積大、表面空位多，因而廣泛應(yīng)用于光電（化學(xué)）領(lǐng)域。TiOx是具有氧空位的一系列亞氧化態(tài)化合物，電導(dǎo)率高且在腐蝕性介質(zhì)中顯示化學(xué)惰性，其中Ti4O7表現(xiàn)出最高的電導(dǎo)率(1000S/cm)，與石墨相當(dāng)，Ti4O7以其優(yōu)良的電化學(xué)穩(wěn)定性在光電化學(xué)等領(lǐng)域中被廣泛關(guān)注。SnOx由于

3、具有天然的缺陷，帶隙較窄，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換利用，可應(yīng)用于光催化、多結(jié)光伏電池等領(lǐng)域。本論文首次將多孔的TiOx材料應(yīng)用于DSSC光陽(yáng)極和光催化氧化NOx，并首次制備出優(yōu)異近紅外光吸收性能的Ti4O7/Sn5O6復(fù)合材料，并應(yīng)用于光催化降解亞甲基藍(lán)溶液。詳細(xì)開(kāi)展了以下研究工作:
　　1、通過(guò)無(wú)乳液聚合法合成出不同粒徑的單分散PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)微球，分別使用離心法和恒溫水浴法組裝出不同粒徑的膠晶模板，然后采用溶膠-凝膠

4、法對(duì)膠晶模板進(jìn)行TiO2凝膠前驅(qū)物的填充。通過(guò)改變前驅(qū)物的浸泡次數(shù)和煅燒的保溫時(shí)間制備出TiOx三維有序大孔結(jié)構(gòu)，并使用SEM，XRD進(jìn)行材料表征。將3DOM-TiOx材料用于DSSC光陽(yáng)極，使用300nm粒徑的膠晶模板、前驅(qū)物浸泡次數(shù)為2次，保溫時(shí)間為4h的TiOx-3DOM材料的最高光電轉(zhuǎn)化效率為2.5％。
　　2、通過(guò)氫氣還原3DOM-TiOx(TiO2相含量接近100％)，分別在700、800℃、900℃和1000℃下制備

5、出多孔TiOx，并使用SEM、XRD、N2氣吸脫附儀、紫外-可見(jiàn)吸收光譜對(duì)材料進(jìn)行表征。將不同還原溫度下的多孔TiOx應(yīng)用于光催化降解亞甲基藍(lán)(MB)溶液和光催化氧化NOx氣體，結(jié)果表明，還原溫度為700℃的多孔TiOx降解MB2h和氧化NOx氣體15min后分別達(dá)到98％的降解效率和55％的氧化效率。
　　3、通過(guò)一步水熱法制備出Ti4O7/Sn5O6復(fù)合物，通過(guò)調(diào)整Ti4O7和Sn5O6的摩爾比例制備出系列Ti4O7/Sn5O