復(fù)合TiO2納米管催化劑的制備及其可見光分解水制氫的特性.pdf

1、利用專業(yè)的連續(xù)式微波反應(yīng)器,本文研究了TiO2納米管的微波制備工藝和最佳條件。以此微波法為基礎(chǔ),合成了不同配比的CdS摻雜的復(fù)合TiO2納米管(記作CdS-TiO2NT)和Fe摻雜的復(fù)合TiO2納米管催化劑(記作Fe-TiO2NT),評價(jià)了催化劑的活性。通過現(xiàn)代測試技術(shù)(UV-Vis, TEM,XRD和XPS)等手段,對催化劑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并研究了催化劑活性與其內(nèi)在結(jié)構(gòu)性質(zhì)之間可能存在的相互關(guān)系。用連續(xù)式微波反應(yīng)器成功合成了銳鈦礦型

2、的TiO2納米管。TEM結(jié)果表明,在300W,120min的條件下,TiO2納米管的管型最為完好,管子內(nèi)徑大概5~10nm,長度約150~200nm?；谖⒉ǚ?合成了CdS-TiO2NT催化劑。通過紫外漫反射光譜分析,吸收邊大約在520nm,小于純CdS粉末,卻明顯大于純TiO2納米管(記作TiO2NT)以及純CdS粉末和純TiO2納米管物理混合得到的材料(記作CdS+TiO2NT)?？梢姽夥纸馑茪涞幕钚栽u價(jià)結(jié)果顯示,CdS-TiO

3、2NT在可見光下的分解水制氫速率大于純CdS、純TiO2NT和CdS+TiO2NT催化劑。通過對微波加熱法合成的四種不同CdS和TiO2NT配比的CdS-TiO2NT的光催化制氫速率的對比發(fā)現(xiàn),1.96CdS-TiO2NT催化劑(CdS占催化劑總質(zhì)量的1.96%,wt%)的制氫速率最高,為12.90μmol/(h·g)。綜合XRD和XPS的結(jié)果分析,有可能是在微波的作用下,CdS與TiO2形成了某種化合物或是CdS與TiO2相互作用,使

4、得其催化活性增強(qiáng)。用共沉淀法制備了不同含量Fe摻雜的TiO2納米顆粒(Fe-TiO2NP)。利用此納米顆粒,用微波法合成了相應(yīng)的Fe摻雜的TiO2納米管催化劑(Fe-TiO2NT)。UV-Vis圖譜表明,相比于純TiO2納米管,Fe-TiO2NT向可見光區(qū)紅移,而且紅移量隨著摻鐵比例增加而遞增。但異常的是2%Fe-TiO2NT(Fe原子和Ti原子的摩爾比為2：100,下同)的紅移量比其他催化劑紅移量都要大。從XRD的結(jié)果分析,2%Fe-

5、TiO2NT催化劑的晶型最為完好,為純金紅石型。而其他比例的Fe-TiO2NT催化劑的晶型都是銳鈦型的二氧化鈦和鈦酸鈉鹽的混晶。光催化制氫實(shí)驗(yàn)表明,在可見光照射下,Fe-TiO2NT催化劑都沒有產(chǎn)氫活性。而在全波段照射條件下,Fe-TiO2NT催化劑都有活性,并且催化活性隨著摻鐵量的增大而提升。但是與純TiO2納米管相比,它們的催化活性有所降低。通過XPS的結(jié)果分析認(rèn)為,Fe3+部分取代了TiO2晶格內(nèi)的的Ti4+,成為了光生電子和空穴