納米TiO2基催化劑的制備及光電催化性能研究.pdf

1、TiO2基半導(dǎo)體催化劑具有催化活性高、氧化性強(qiáng)、耐光腐蝕性、無(wú)毒、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在光催化領(lǐng)域中受到越來(lái)越多的關(guān)注。TiO2基半導(dǎo)體催化劑的微觀形貌、晶型結(jié)構(gòu)、光學(xué)特性等物理性能的對(duì)其光催化性能有著至關(guān)重要的影響。然而，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)TiO2納米材料物理性能與其光催化活性之間關(guān)系的研究還不盡詳實(shí)。本文針對(duì)上述問(wèn)題，系統(tǒng)性地研究了TiO2納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度大小對(duì)其光催化降解苯酚性能的影響，并研究了TiO2納米管的微觀形貌對(duì)其光催化及光電催

2、化性能的影響，通過(guò)對(duì)TiO2納米管進(jìn)行負(fù)載改性，用簡(jiǎn)單工藝制備出了成本低廉、穩(wěn)定性好、催化活性高的光催化裂解水產(chǎn)氫催化劑。研究結(jié)果對(duì)提高TiO2基納米材料的催化性能具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義及應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì) TiO2納米顆粒的粒徑和結(jié)晶度不易單獨(dú)控制的問(wèn)題，采用超臨界流體合成方法制備了一系列具有不同粒徑和結(jié)晶度的銳鈦礦納米顆粒，其中粒徑系列樣品的粒徑由6.6nm提高到了26.6nm，結(jié)晶度保持在82％左右，結(jié)晶度系列樣品的結(jié)晶度由1

3、2.6%提高到82.0%，粒徑大小均為~9.2nm；選用苯酚為模型分子，研究了粒徑和結(jié)晶度大小對(duì) TiO2納米顆粒光催化性能的影響，結(jié)果表明，TiO2納米顆粒粒徑的增大可明顯提高其光催化降解苯酚的反應(yīng)效率，而結(jié)晶度的變化對(duì)其光催化活性幾乎沒(méi)有影響；通過(guò)對(duì)苯酚降解反應(yīng)過(guò)程中中間產(chǎn)物的生成與降解速率進(jìn)行跟蹤研究發(fā)現(xiàn)，TiO2納米顆粒粒徑的提高可有效抑制中間產(chǎn)物對(duì)苯二酚和苯醌之間的氧化還原反應(yīng)，避免兩者相互轉(zhuǎn)化時(shí)消耗光生自由基，提高了光生電子

4、的有效利用率。
　　TiO2納米管具有結(jié)構(gòu)規(guī)整、比表面積大、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，其催化性能與其表觀形貌有很大的關(guān)系。采用電化學(xué)陽(yáng)極氧化法，通過(guò)調(diào)整制備過(guò)程中的工藝參數(shù)，如電解液中 F-濃度、氧化電壓、氧化溫度和氧化時(shí)間等制備了一系列TiO2納米管，研究了各因素對(duì)其微觀形貌以及光電催化性能的影響。結(jié)果表明，F(xiàn)-的存在是 TiO2納米管形成的關(guān)鍵所在，F(xiàn)-濃度的提高有利于TiO2納米管的形成及生長(zhǎng)，而過(guò)高的F-濃度會(huì)導(dǎo)致 TiO2納米管

5、長(zhǎng)度及其表面規(guī)整度下降，氧化電壓、氧化溫度、氧化時(shí)間的變化均會(huì)影響其長(zhǎng)度、管徑和表面規(guī)整度，適宜的陽(yáng)極氧化條件為：F-濃度150mmol/L、氧化電壓50V、氧化溫度20℃、氧化時(shí)間120min，此時(shí)可制備出規(guī)整度高、表面清潔、長(zhǎng)度約為4.5μm、管徑115nm的TiO2納米管；經(jīng)過(guò)對(duì)具有不同形貌的TiO2納米管的光電催化性能以及光催化降解RhB的性能進(jìn)行研究可知，TiO2納米管長(zhǎng)度、管徑和表面規(guī)整度的提高有利于提高其對(duì)紫外光的吸收利用

6、率，并可提高光生電子-空穴對(duì)的有效分離和轉(zhuǎn)移效率；而 TiO2納米管表面雜質(zhì)顆?；蚪z束狀物質(zhì)的出現(xiàn)為光生電子-空穴對(duì)的再結(jié)合提供了更多的活性中心，不利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。
　　為了進(jìn)一步提高 TiO2納米管在光催化裂解水反應(yīng)中的催化活性，采用紫外光照輔助電化學(xué)沉積的方法制備了TiO2納米管負(fù)載NiMoZn復(fù)合納米顆粒。結(jié)果表明，NiMoZn復(fù)合納米顆粒中少量Zn的加入有利于促進(jìn)產(chǎn)氫過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，從而提高了催化活性，而過(guò)量Zn