纳米二氧化钛的制备改性及其光解水制氢研究
发布时间：2021-07-19 16:39
本文围绕利用水热合成法制备不同形貌的TiO2催化剂,对其进行相应的表征与分析,及其光解水制氢催化性能的测试。通过初步筛选,对部分催化效果较好的TiO2进行改性,负载不同的贵金属,进一步提高其光催化性能。主要内容分为以下三个部分:一,采用不同钛源,利用水热合成法制备不同形貌的TiO2催化剂,包括纳米球,纳米片,纳米花,纳米棒,超薄纳米片。然后通过光催化还原法负载金属,对其改性,并进行表征分析,经光解水制氢性能测试。筛选出了超薄纳米二氧化钛。通过表征分析,超薄纳米片TiO2形貌极其薄,厚度大概在2nm以内且形貌较柔韧和卷曲。二,虽然二氧化钛光催化性能优越,化学性质稳定,便宜廉价,但在实际应用中存在着太阳能利用率低,仅在紫外光区有光响应,光生电子-空穴对易于复合猝灭等问题。通过光催化还原法对超薄纳米片催化剂进行改性,负载了不同含量的三种贵金属铂（Pt）,钯（Pd）,银（Ag）得到三个系列催化剂Pt-TiO2,Pd-TiO2,Ag-TiO2。...
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TiO2光解水制氢催化机理图[68]
第一章绪论9以显著增强TiO2的光催化活，除了与金属离子本身性质和掺杂位置有很大的关系外，还与金属负载量有关。比如掺杂0.1%-0.5%的V4+时可以明显增强TiO2的光催化活性，而Al3+的掺杂则会降低其光催化活性[81,82]。而掺杂Cr3+虽然增加了TiO2的光吸收率，但二氧化钛的光催化活性却没有增加[83,84]。有课题组在实验中发现了掺杂金属V可以缩小TiO2的带隙，有效地提高了V掺杂TiO2催化剂的活性[85]。Tahir发现In掺杂可有效抑制光生电荷的重组，并提高TiO2对CO2还原的光催化活性[86]。利用La3+掺杂TiO2可以提高TiO2的热稳定性[87]。吴等人将W掺杂在TiO2的晶格中，与TiO2形成Ti-O-W结构，使掺杂材料的表面产生活性缺陷并提高活性表面积，有效地提高了金属掺杂TiO2催化剂的活性[85]。但其实对TiO2的掺杂，实验研究表明利用贵金属对其进行改性研究是最多的，尤其是以铂（Pt），钯（Pd），金（Au），银（Ag）居多。是因为铂金属的d电子轨道未填满，这种电子结构的表面容易吸附反应物，有利于反应活性中间体的形成，因此具有较好的催化活性，而金和银有着表面等离子体共振，可以吸收一定范围的可见光，也可增强催化剂活性。另外，金属也会与TiO2之间的界面处形成肖特基势能，因此催化活性得到了增强。图1.2金属离子掺杂原理图Fig1.2Schematicdiagramofmetaliondoping1.4.2非金属掺杂非金属硼(B)、碳(C)、氮(N)、氟(F)、磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、溴(Br)掺杂在二氧化钛纳米材料的表面上也被广泛应用于可见光的区域，以达到改善催化剂的目的[88]。研究表明，非金属原子掺杂TiO2可以减小TiO2的禁带宽度，也可
第一章绪论11示：图1.3半导体复合电子-空穴转移过程Fig1.3Vectorialtransferofelectrons-holesincoupledsemiconductorsystem1.4.4表面光敏化改性TiO2半导体表面光敏化是通过将太阳能的光吸收扩展到可见光范围来增强光催化性能的一种有效的改性方法，主要是通过化学吸附或者物理吸附的方法将有机染料吸附在二氧化钛的表面[108]。染料敏化的机理较为简单，一般是使染料分子和TiO2通过分子间作用力相互结合，有机染料在较高能量的照射下，染料的光生电子从会从高轨道跃迁到低轨道，然后迁移到光催化剂的导带中，从而实现敏化后的TiO2半导体光催化材料对光的响应范围从紫外光区红移到可见光区，扩大了其应用范围[109-111]。常见的敏化TiO2半导体光催化材料的有机染料有亚酞菁、罗丹明B、曙红等。图1.4染料敏化工作原理图Fig1.4Workingprinciplediagramofdyesensitization
【参考文献】：
期刊论文
[1]单原子分散贵金属催化剂的光化学合成新策略[J]. 汪军. 厦门大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]氮自掺杂暴露（001）晶面TiO2微米片的可见光光催化CO2还原性能增强（英文）[J]. Maxwell Selase Akple,刘敬祥,秦志扬,S.Wageh,Ahmed.A.Al-Ghamdi,余家国,刘升卫. 催化学报. 2015(12)
[3]能源结构调整与雾霾治理的最优政策选择[J]. 魏巍贤,马喜立. 中国人口·资源与环境. 2015(07)
[4]光生物制氢技术研究进展与经济分析[J]. 孙绍晖,孙培勤,陈俊武. 现代化工. 2010(01)
[5]煤化工行业环境污染现状及对策建议[J]. 陈孝娥,黄载春,马兰,唐士豹,王刚,刘立新. 攀枝花学院学报. 2008(06)
[6]TiO2光催化分解水制氢研究进展[J]. 李国防,曹广秀,赵彦保. 化学通报. 2008(09)
[7]敏化TiO2纳米晶太阳能电池[J]. 吕笑梅,方靖淮,陆祖宏. 功能材料. 1998(06)
硕士论文
[1]暗间歇时长对光合细菌制氢的影响研究[D]. 张洋.河南农业大学 2016
[2]环境污染治理中利益主体冲突博弈与机制设计[D]. 齐卫娜.河北经贸大学 2016
[3]改性纳米二氧化钛光催化剂光解水制氢的研究[D]. 张露.华东理工大学 2013
本文编号：3291047
【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TiO2光解水制氢催化机理图[68]
第一章绪论9以显著增强TiO2的光催化活，除了与金属离子本身性质和掺杂位置有很大的关系外，还与金属负载量有关。比如掺杂0.1%-0.5%的V4+时可以明显增强TiO2的光催化活性，而Al3+的掺杂则会降低其光催化活性[81,82]。而掺杂Cr3+虽然增加了TiO2的光吸收率，但二氧化钛的光催化活性却没有增加[83,84]。有课题组在实验中发现了掺杂金属V可以缩小TiO2的带隙，有效地提高了V掺杂TiO2催化剂的活性[85]。Tahir发现In掺杂可有效抑制光生电荷的重组，并提高TiO2对CO2还原的光催化活性[86]。利用La3+掺杂TiO2可以提高TiO2的热稳定性[87]。吴等人将W掺杂在TiO2的晶格中，与TiO2形成Ti-O-W结构，使掺杂材料的表面产生活性缺陷并提高活性表面积，有效地提高了金属掺杂TiO2催化剂的活性[85]。但其实对TiO2的掺杂，实验研究表明利用贵金属对其进行改性研究是最多的，尤其是以铂（Pt），钯（Pd），金（Au），银（Ag）居多。是因为铂金属的d电子轨道未填满，这种电子结构的表面容易吸附反应物，有利于反应活性中间体的形成，因此具有较好的催化活性，而金和银有着表面等离子体共振，可以吸收一定范围的可见光，也可增强催化剂活性。另外，金属也会与TiO2之间的界面处形成肖特基势能，因此催化活性得到了增强。图1.2金属离子掺杂原理图Fig1.2Schematicdiagramofmetaliondoping1.4.2非金属掺杂非金属硼(B)、碳(C)、氮(N)、氟(F)、磷(P)、硫(S)、氯(Cl)、溴(Br)掺杂在二氧化钛纳米材料的表面上也被广泛应用于可见光的区域，以达到改善催化剂的目的[88]。研究表明，非金属原子掺杂TiO2可以减小TiO2的禁带宽度，也可
第一章绪论11示：图1.3半导体复合电子-空穴转移过程Fig1.3Vectorialtransferofelectrons-holesincoupledsemiconductorsystem1.4.4表面光敏化改性TiO2半导体表面光敏化是通过将太阳能的光吸收扩展到可见光范围来增强光催化性能的一种有效的改性方法，主要是通过化学吸附或者物理吸附的方法将有机染料吸附在二氧化钛的表面[108]。染料敏化的机理较为简单，一般是使染料分子和TiO2通过分子间作用力相互结合，有机染料在较高能量的照射下，染料的光生电子从会从高轨道跃迁到低轨道，然后迁移到光催化剂的导带中，从而实现敏化后的TiO2半导体光催化材料对光的响应范围从紫外光区红移到可见光区，扩大了其应用范围[109-111]。常见的敏化TiO2半导体光催化材料的有机染料有亚酞菁、罗丹明B、曙红等。图1.4染料敏化工作原理图Fig1.4Workingprinciplediagramofdyesensitization
【参考文献】：
期刊论文
[1]单原子分散贵金属催化剂的光化学合成新策略[J]. 汪军. 厦门大学学报(自然科学版). 2016(04)
[2]氮自掺杂暴露（001）晶面TiO2微米片的可见光光催化CO2还原性能增强（英文）[J]. Maxwell Selase Akple,刘敬祥,秦志扬,S.Wageh,Ahmed.A.Al-Ghamdi,余家国,刘升卫. 催化学报. 2015(12)
[3]能源结构调整与雾霾治理的最优政策选择[J]. 魏巍贤,马喜立. 中国人口·资源与环境. 2015(07)
[4]光生物制氢技术研究进展与经济分析[J]. 孙绍晖,孙培勤,陈俊武. 现代化工. 2010(01)
[5]煤化工行业环境污染现状及对策建议[J]. 陈孝娥,黄载春,马兰,唐士豹,王刚,刘立新. 攀枝花学院学报. 2008(06)
[6]TiO2光催化分解水制氢研究进展[J]. 李国防,曹广秀,赵彦保. 化学通报. 2008(09)
[7]敏化TiO2纳米晶太阳能电池[J]. 吕笑梅,方靖淮,陆祖宏. 功能材料. 1998(06)
硕士论文
[1]暗间歇时长对光合细菌制氢的影响研究[D]. 张洋.河南农业大学 2016
[2]环境污染治理中利益主体冲突博弈与机制设计[D]. 齐卫娜.河北经贸大学 2016
[3]改性纳米二氧化钛光催化剂光解水制氢的研究[D]. 张露.华东理工大学 2013
本文编号：3291047
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