具有增強(qiáng)性能的納米光-電催化劑的綠色合成法及其性能研究.pdf

1、當(dāng)今世界，能源和環(huán)境問題是人類面臨的重大挑戰(zhàn)。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染是全球各國共同面臨的問題。目前化石能源仍然是開發(fā)和消耗最多的能源，一方面化石能源是不可再生能源，過度使用會造成能源枯竭；另一方面化石能源的使用排放大量的污染物，引起諸多環(huán)境問題。因此，開發(fā)清潔的新能源和解決當(dāng)前環(huán)境問題成為迫切需要。
　　自從1972年日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)二氧化鈦電極能夠光分解水產(chǎn)生氫氣，半導(dǎo)體光催化技術(shù)被認(rèn)為是解決世界能源危機(jī)的重要技術(shù)

2、。半導(dǎo)體光催化技術(shù)既能夠利用豐富的太陽能分解水產(chǎn)氫，也能夠降解有機(jī)污染物、還原二氧化碳，這對全球新能源開發(fā)和環(huán)境治理有重要的意義。
　　本文立足于二氧化鈦的光催化機(jī)理，靈活運用光沉積法分別制備出電催化劑和光催化劑，并測試了相應(yīng)的電催化性能和光催化性能。文章主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)我們以二氧化鈦納米顆粒(P25)作為光催化劑和模板，用高壓汞燈發(fā)射的紫外光作為反應(yīng)的光源，通過光還原氯鉑酸使得鉑納米顆粒被沉積到二氧化鈦

3、表面。隨著光照時間延長，鉑納米顆粒生長成鉑納米枝，包裹在二氧化鈦的邊緣棱上，從而形成了籠狀結(jié)構(gòu)的雛形。再用硫酸處理上述產(chǎn)物，使得二氧化鈦模板被完全刻蝕，籠狀鉑納米粒子即被制備。通過高分辨透射電鏡表征，發(fā)現(xiàn)構(gòu)成籠狀鉑的納米枝寬度約為3 nm，納米枝之間相互分離，枝連枝后形成“籠”。結(jié)合高分辨透射電鏡并采用快速傅里葉變換確認(rèn)籠狀鉑的納米枝屬于單晶，納米枝沿著<111>晶向生長，其晶格間距為0.23 nm，對應(yīng)面心立方鉑的(111)晶面。XR

4、D表征進(jìn)一步確認(rèn)了籠狀鉑納米粒子屬面心立方鉑相。然后基于半導(dǎo)體光催化機(jī)理，我們探究了光催化模板發(fā)制備籠狀鉑納米粒子的機(jī)理。最后測試了籠狀鉑納米粒子在酸性電解質(zhì)中對甲醇氧化的電催化性能，數(shù)據(jù)顯示其質(zhì)量比活性約為商業(yè)鉑黑的4倍，穩(wěn)定性也優(yōu)于商業(yè)鉑黑，這使得它們有望作為直接甲醇燃料電池的陽極催化劑。
　　(2)采用與(1)類似的光沉積法，以氯化銅為前驅(qū)體，二氧化鈦納米粒子為載體，再通過后續(xù)干燥過程制備出Cu2O/TiO2復(fù)合納米顆粒。通

5、過TEM、EDX、XRD等分析表明負(fù)載于二氧化鈦表面的氧化亞銅納米粒子粒徑約為3 nm，尺寸均一且高度分散。通過對反應(yīng)體系的上層清液進(jìn)行紫外-可見吸收光譜分析，表明紫外光還原氯化銅反應(yīng)是逐步還原過程。Cu2O/TiO2復(fù)合納米顆粒的紫外-可見漫反射光譜確定了其光響應(yīng)范圍由紫外光區(qū)域擴(kuò)展至可見光區(qū)域，從而為可見光作為光源光催化降解羅丹明B提供理論依據(jù)。最后測試了Cu2O/TiO2復(fù)合納米光催化劑在可見光下對羅丹明B的降解效率，結(jié)果顯示銅負(fù)