M-TiO2(M=Pt、Ru、Pd)納米管陣列的制備及光電催化性能研究.pdf

1、環(huán)境污染及能源枯竭是人類生存和社會發(fā)展中面臨的兩大世紀(jì)難題。納米半導(dǎo)體材料和納米技術(shù)的問世為人類迎接這兩大挑戰(zhàn)指引了新方向。TiO2因其優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性、廉價易得等特點(diǎn)在光電轉(zhuǎn)換和催化領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。其中，TiO2納米管作為TiO2最常見的一種形式，具有比表面積大、催化效率高、物化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于燃料電池的催化電極和CO2還原領(lǐng)域中。然而，由于TiO2本身對可見光利用率不高、導(dǎo)電性差、電子和空穴容易復(fù)合，所以依靠單純

2、的TiO2并不能很好的實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)。本文著眼于TiO2的改性研究，先后采用石墨烯和貴金屬修飾，并將其應(yīng)用于甲醇氧化和CO2光電還原中。主要研究內(nèi)容具體如下：
　　(1)采用陽極氧化法在柔性鈦絲上成功制備了排列有序、孔徑長度均一的TiO2納米管（TiO2NTs），煅燒晶化后作為工作電極在三電極體系中通過脈沖電沉積技術(shù)在氧化石墨溶液中制備TiO2NTs/石墨烯復(fù)合材料RGO-TNTs。繼續(xù)以RGO-TNTs為工作電極，以三氯化釕和氯鉑

3、酸為電解液，采用多電位階躍法制備出粒徑約為5nm的PtRu雙金屬材料。通過控制沉積循環(huán)次數(shù)來調(diào)控PtRu的沉積量。分別探究了Pt/Ru比為1:0，1:1，1.25:1，1.5:1，1.75:1，2:1時所得材料對甲醇的電催化氧化，通過對比分析，選出最佳Pt/Ru摩爾比。
　　(2)以三氯化釕和氯鉑酸的混合溶液為電解液，采用多電位階躍法制備出了比傳統(tǒng)PtRu粒子大的粒徑為50nmPtRu-alloy-RGO-TNTs的合金材料。通過

4、TEM和SEM對其表面和內(nèi)部形貌做了表征，通過元素分布圖、EDS等分析了PtRu-alloy-RGO-TNTs的元素組成。以PtRu摩爾比為1.25:1時的PtRu-RGO-TNTs和混合沉積得到的PtRu-alloy-RGO-TNTs兩種材料為研究對象，對比分析兩者對甲醇的催化氧化性能以及其它電學(xué)特性。探究石墨烯對PtRu-alloy-RGO-TNTs特性的影響，并對溫度對復(fù)合材料催化活性和穩(wěn)定性的影響作了系統(tǒng)分析并確定最佳工作溫度為

5、70℃。
　　(3)以PdCl2為電解液，以制備的RGO-TNTs為工作電極在三電極體系中成功制備了Pd-RGO-TNTs復(fù)合材料。為了探究催化劑的光電特性，展開了對其漫反射、光電流、熒光、交流阻抗等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Pd-RGO-TNTs復(fù)合材料展現(xiàn)出良好的光電特性。催化劑在光電共同作用下成功將CO2還原為CH3OH、C2H5OH，產(chǎn)量分別為1624 nmol/cm2?hr，536 nmol/cm2?hr，在控制CO2濃度的同