双助剂修饰协同增强半导体光催化材料的催化活性

发布时间：2020-08-14 19:04

【摘要】：进入二十一世纪以来,能源问题日益严重,半导体光催化技术可以有效地缓解问题。二氧化钛因表面光生载流子易复合,缺少界面催化反应活性位点,导致催化活性低,应用受到很大限制。本文采用双助剂协同修饰二氧化钛,提高其光催化制氢性能,开展了两方面探索工作:(1)MoS_x-rGO/TiO_2光催化材料的光还原法制备及其制氢机理研究;(2)MoS_x-MnO_x/TiO_2光催化材料的光还原法制备及其制氢机理研究。具体研究工作如下:第一,采用两步光还原法,将石墨烯(GO)还原成还原石墨烯(rGO),负载在TiO_2表面,形成rGO/TiO_2材料;然后在rGO上光还原(NH_4)_2MoS_4,形成无定形MoS_x修饰的rGO/TiO_2,即高效的MoS_x-rGO/TiO_2光催化材料。光催化制氢结果说明:双助剂修饰的半导体材料MoS_x-rGO/TiO_2(0.5 wt%)光催化制氢性能达到206.6μmol h~(-1),分别是TiO_2、rGO/TiO_2(1 wt%)和MoS_x/TiO_2(0.5 wt%)的30.9、6.3和1.4倍;并且在多次制氢过程中,催化性能保持稳定。MoS_x-rGO/TiO_2光催化的机理:rGO作为电子助剂快速转移TiO_2的光生电子,促进界面电荷转移;无定形MoS_x提供活性位点,加快TiO_2界面催化反应,提高MoS_x-rGO/TiO_2光催化材料的制氢性能。第二,采用两步光还原法,先将KMnO_4还原成MnO_x,负载在TiO_2表面,形成MnO_x/TiO_2材料;然后在TiO_2表面光还原(NH_4)_2MoS_4,形成无定形MoS_x修饰的MnO_x/TiO_2,即高效的MoS_x-MnO_x/TiO_2光催化材料。光催化制氢结果说明:双助剂修饰的半导体材料MoS_x-MnO_x/TiO_2(0.5 wt%、0.05 wt%)光催化制氢性能达到225.3μmol h~(-1),分别是TiO_2、MnO_x/TiO_2(0.05 wt%)和MoS_x/TiO_2(0.5 wt%)的168.1、3.9和1.5倍;并且在多次制氢过程中,催化性能保持稳定。MoS_x-MnO_x/TiO_2光催化的机理:MnO_x作为空穴助剂快速转移TiO_2的光生空穴,促进界面电荷转移;无定形MoS_x提供活性位点,加快TiO_2界面催化反应,提高MoS_x-MnO_x/TiO_2光催化材料的制氢活性。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1;TQ116.2
【图文】：

图 1-1 光催化的机理图[1]Fig. 1-1 The photocatalytic mechanism[1].体光催化的应用半导体光催化机理中提到光生电子具有很还原能力；而。利用光生电子的还原性，光生空穴的氧化性，可以应化抗菌[3]、空气净化[4, 5]、太阳能电池[6-9]、污水处理[6, 化抗菌能优良的半导体材料结合光催化技术可以形成抗菌材机半导体二氧化钛，结合光催化技术可以作为一种抗菌了采用溶胶凝胶法制备的纳米二氧化钛颗粒，经紫外光抗菌性能。当用微量的银修饰后，光催化性能变强，抗化抗菌机理，人们探索二氧化钛光催化的过程并阐明：

能具备燃值高、清洁、易于储存等特点。传统获得氢能的方然气等，但受化石燃料的限制，目前不能够大量的开发与生，学者们发现半导体光催化分解水是一种非常有效的方法，述：半导体受光激发，产生光生电子与光生空穴；光生电子光生电子跃迁到导带，然后迁移到半导体表面，将溶液中氢目前应用于光催化产氢的半导体材料主要有 TiO2[16]、CdS[17]、化性能高，但容易光腐蚀，稳定性很差；有机半导体 C3N4光高；而 TiO2具有良好的稳定性、抗光化学腐蚀性，受到国内。如图 1-2 为 TiO2光催化制氢机理图，当 TiO2受紫外光(<3生电子与光生空穴发生分离，光生电子跃迁到导带上，光生。光生电子从导带迁移到表面上，与溶液中的 H+发生还原反一方面，光生空穴则从价带迁移到表面，与溶液中的甲醇发生分子的 CO2等物质。但纯二氧化钛光催化制氢效率并不高。对半导体二氧化钛做表面助剂修饰，极大地增强其光催化制氢

图 1-3 贵金属 Pt 负载 CdS 机理图[19]Fig. 1-3 The mechanism of noble metal Pt loading on CdS[19] Ag 助剂g 的导电能力良好，常被用作电子助剂负载在半导体表面子点沉积在 TiO2纳米管上，能够增强 TiO2的光电化学性示：当太阳光照射到 Ag 颗粒上，光生电子与光生空穴发g 的费米能级迁移到半导体 TiO2的价带上；另一方面 TiO生电子与光生空穴分离，光生电子跃迁到半导体 TiO2的导子点上；两方面的共同作用，促进光生载流子分离和扩大 等人[21]采取溶液合成法，制备纳米级 Ag 颗粒修饰 TiO2，能有很大提高。贵金属 Ag 作为电子助剂修饰在半导体二氧材料光响应范围，促进光生载流子分离，提高光催化制氢

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本文编号：2793423