Ni(OH)2-TiO2復(fù)合光催化劑制備與產(chǎn)氫活性研究.pdf

1、能源與環(huán)境是二十一世紀(jì)人類面臨和亟待解決的兩大世界性的問題。由于化石燃料(煤、石油、天然氣)的不斷枯竭，以及燃燒化石燃料帶來的日益嚴(yán)重的環(huán)境污染等全球性問題，開發(fā)新型的、環(huán)境友好的和可再生無污染的新能源引起世界各國的廣泛關(guān)注。氫能源由于其高的燃燒值、燃燒產(chǎn)物是水以及無環(huán)境污染等優(yōu)點，被看做是在未來的一種理想的替代能源。太陽能由于其取之不盡用之不竭、清潔無污染、可再生等優(yōu)點，必將對未來新型能源的開發(fā)起著舉足輕重的作用。自從1972年日本科

2、學(xué)家Fujishima和Honda在TiO2電極上發(fā)現(xiàn)光催化分解水以來，太陽光誘導(dǎo)光催化反應(yīng)被普遍認(rèn)為是一種將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能源的有效途徑。因此采用半導(dǎo)體化合物進行直接的光催化來分解水產(chǎn)氫受到了人們的普遍關(guān)注。本論文采用Ni(OH)2和CuO復(fù)合TiO2半導(dǎo)體來提高TiO2的光催化分解水產(chǎn)氫的活性。
　　 首先，以P25和硝酸鎳為前驅(qū)體，通過一步簡單的沉淀法成功制備了Ni(OH)2納米簇改性TiO2的納米復(fù)合光催化劑(Ni(OH

3、)2-TiO2)。在甲醇溶液中，通過測試光催化分解水產(chǎn)氫的活性，研究了Ni(OH)2納米簇的沉積量對催化劑分解水產(chǎn)氫活性的影響。這一研究結(jié)果表明在經(jīng)過Ni(OH)2納米簇的改性后，TiO2的光催化產(chǎn)氫活性得到了大大的提高。在試驗中找出了Ni(OH)2的最佳沉積量為0.23mol％，這時的光催化產(chǎn)氫速率為3056μmolh-1g-1，對應(yīng)的量子效率是12.4％，這一結(jié)果超過了純TiO2的223倍。TiO2光催化產(chǎn)氫活性的明顯提高是因為Ni

4、(OH)2納米簇在TiO2表面上的沉積。光催化活性提高的機理是因為Ni2+/Ni的電極電勢的位置(Ni2++2e-=Ni，E°=-0.23 V)要比銳鈦礦TiO2的導(dǎo)帶位置(-0.26 V)稍微低一些，同時又要比H+/H2的電極電勢的位置(2H++2e-=H2，E°=-0.00 V)高一些。這就使得TiO2導(dǎo)帶的電子可以轉(zhuǎn)移到Ni(OH)，2上，將Ni2+的顆粒還原為Ni0，而Ni0的作用就是協(xié)助電荷的分離同時作為光催化產(chǎn)氫的助催化劑，

5、從而提高了光催化分解水產(chǎn)氫的活性。
　　 CuO改性的TiO2(CuO-TiO2)光催化劑在甘油的水溶液中成功實現(xiàn)了有效的光催化分解水產(chǎn)氫和甘油的降解。以P25(德國Degussa公司)和硝酸銅為前驅(qū)體，采用溶液浸漬法和煅燒法成功的將CuO納米簇沉積在了TiO2的表面。對最后得到的CuO-TiO2納米復(fù)合光催化劑做了以下的表征：X射線衍射分析、紫外-可見漫反射光譜分析、X射線光電子能譜分析、N2吸附脫附、投射電子顯微分析和熒光光

6、譜分析。采用低功率的紫外發(fā)光二激光(LED燈)作為光催化分解水產(chǎn)氫的光源。CuO對光催化產(chǎn)氫的影響做了較為詳細(xì)的研究，結(jié)果表明CuO納米簇可以作為有效的助催化劑來提高TiO2光催化分解水產(chǎn)氫的活性。CuO的最佳沉積為1.3 wt％，在0.1M甘油溶液中的產(chǎn)氫速率為2061μmol h-1g-1，此時的量子效率達(dá)到了13.4％，這一數(shù)值超過了純的TiO2活性的129倍。CuO納米簇的量子尺寸效應(yīng)被認(rèn)為是改變了CuO在CuO-TiO2復(fù)合光