氧空位改性二氧化钛纳米材料的制备及其光催化产氢应用

发布时间：2021-06-15 08:39

　　由于自然和人为因素,我们生存的环境在过去的几个世纪里发生了灾难性变化,环境与能源问题已经成为亟待解决的全球性难题。半导体光催化产氢技术以太阳能驱动,在同时解决这两个问题方面具有不可估量的潜力。二氧化钛以其无毒无害,化学性质稳定,抗光腐蚀能力强,能带位置适宜,价格低廉等优势被广泛应用于光催化领域的研究。然而,宽禁带的二氧化钛材料在可见光范围的响应值几乎为零,光生电子与空穴的复合快而不能被有效转移,这些问题严重抑制了二氧化钛的光催化活性。因此,通过设计独特的二氧化钛纳米空心球结构、掺杂非金属元素改变电子结构缩短禁带宽度、引入氧空位增加中间态促进光生载流子的有效转移、用等离子处理的方法得到氢化的二氧化钛等措施来有效提高材料的量子效率,从而增强其光催化性能。论文主要包含的工作如下:第一,采用一步水热法在H₂O-C₂H₅OH-HF-H₂O₂混合溶液中以碳氮化钛为前驱体,合成了具有氧空位和三价钛的新型碳氮自掺杂二氧化钛空心球（CNTH）。结果表明,所制备的CNTH光催化剂具有显著增强的可见... 

【文章来源】：华中农业大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

二氧化钛的晶体结构：(a)锐钛矿，(b)金红石，(c)板钛矿(Landmannetal2012)

半导体材料的光催化机理图

易将材料接触的物质还原，而光生空穴很容易得电子从而将二氧化。二氧化钛材料作催化剂时，光生电子会与材料表面的氧气接子转移步骤得到羟基自由基(·OH)以及超氧负离子(·O)。同样，光分子或氢氧根离子生成强氧化性的羟基自由基。具体地，当利用氢时，半导体材料的导带电势低于 H+/H2的氧化还原电势(0 V)，2/H2O 的氧化还原电势 (1.23 eV) 时更利于材料催化反应的进行要加入适量的共催化剂（常用的金属 Pt）及牺牲剂，共催化剂的及氧化还原反应的空间分离提高催化反应速率，而牺牲剂能够与反应而阻止逆反应氢气和氧气转化为水的损耗。氧化钛纳米材料的研究进展氧化钛纳米材料在应用中的问题

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3230725