納米金屬氧化物的一步合成及其光催化產(chǎn)氫性能研究.pdf

1、隨著人口與經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)，加劇了化石燃料與不可再生能源的枯竭，這嚴(yán)重制約著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。因此，尋找一種新型可再生和無(wú)污染的能源已經(jīng)刻不容緩。
　　太陽(yáng)能是可再生能源，能量巨大，同時(shí)氫氣是一種理想的能源載體，能量密度高，最重要的是，氫氣燃燒不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。因此，利用太陽(yáng)光來(lái)進(jìn)行光催化分解水制氫被認(rèn)為是一條解決能源與環(huán)境問(wèn)題的有效途徑。
　　金屬氧化物光催化材料是新興的研究對(duì)象，在當(dāng)前研究的眾多材料當(dāng)中，金屬氧化物具有強(qiáng)氧

2、化性、無(wú)二次污染、能耗低、重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。因此，它在光催化產(chǎn)氫和有機(jī)物降解等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，正在被越來(lái)越多的科研工作者所關(guān)注。然而，對(duì)于金屬氧化物光催化材料的研究仍然處于理論探索以及實(shí)驗(yàn)室研究階段，并且存在著制備過(guò)程繁瑣等問(wèn)題，將其大規(guī)模的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中還有待于進(jìn)一步的探討和研究。針對(duì)于此，研究者已經(jīng)制備了多種高效的光催化劑，但遺憾的是這些光催化劑只能對(duì)波長(zhǎng)在400nm下的紫外光有響應(yīng)，而紫外光只占全部太陽(yáng)光能的3-4％左右。

3、因此，開(kāi)發(fā)具有可見(jiàn)光響應(yīng)且有望投入實(shí)際生產(chǎn)的新型金屬氧化物光催化劑具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　在本論文中，針對(duì)上面的科研問(wèn)題，我們采用制備過(guò)程簡(jiǎn)單的一步法，并通過(guò)調(diào)整不同的反應(yīng)條件，例如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、試劑用量等，合成出了兩種具有光催化制氫性能的納米金屬氧化物光催化劑，內(nèi)容如下：
　　一、采用一步水熱法，以硝酸銦為銦源，乙二醇為溶劑制備In2O3納米晶。采用XRD、SEM、XPS、DRS等表征手段對(duì)所制備的In2

4、O3納米晶相關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究。結(jié)果表明，制備的樣品為高純度、具有納米尺度的級(jí)別且為立方結(jié)構(gòu)的納米粒子，所制備樣品粒子尺寸的大小隨著條件的不同而發(fā)生變化。由DRS表征結(jié)果可知，次亞磷酸條件所制備的氧化銦具有一定的可見(jiàn)光吸收能力，這主要是由磷元素?fù)诫s所引起的。對(duì)In2O3納米晶進(jìn)行了紫外光光催化分解水制氫測(cè)試，并結(jié)合以上表征結(jié)果，對(duì)該樣品的生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了初步研究。
　　二、采用一步水熱法，以鈦酸四丁酯為鈦源，次亞磷酸為還原劑，制

5、備了具有可見(jiàn)光光催化分解水制氫活性的Ti3+/P共摻雜的TiO2光催化劑。通過(guò)XRD、SEM、TEM、XPS、EPR等表征手段對(duì)所制備的TiO2納米晶的結(jié)構(gòu)、形貌、結(jié)晶度以及其他性質(zhì)進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并對(duì)其可見(jiàn)光光催化制氫性能進(jìn)行了測(cè)試。此外，對(duì)其光催化分解水制氫機(jī)理以及生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了探討。研究結(jié)果表明：通過(guò)次亞磷酸的還原作用，所制備的樣品具有Ti3+/P共摻雜所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，并且在次亞磷酸為4mL用量時(shí)，樣品既保持了TiO2自身良好