TiO2納米管陣列的制備、改性及光電化學(xué)制氫性能研究.pdf

1、氫能被普遍認為是一種最為理想的綠色清潔能源,其中利用可再生的太陽能通過光電化學(xué)分解水制氫是一種最具前景的方法。TiO2是一種重要的半導(dǎo)體光催化材料,TiO2有不同的存在狀態(tài),其中TiO2納米管陣列由于規(guī)則有序、定向分布、擁有較大的比表面因而具有較好的電子傳輸能力及電子-空穴分離能力,作為光陽極能有效地進行光電催化分解水制氫。由于地球上93％的水存在于海洋中,淡水資源相對稀少,因此從實際應(yīng)用出發(fā),研究光電催化分解海水制氫是非常有意義的。本

2、文的主要工作包括以下三個方面:
　　 一、通過陽極氧化法,以金屬Ti為基體,分別在無機無氟體系(HCl+H2O2)、無機含氟體系(HF)和有機乙二醇(EG)體系中制備了TiO2納米管陣列薄膜。利用SEM對其形貌進行了表征,通過電化學(xué)考察了其光電響應(yīng)性能。分析對比了不同的電解質(zhì)對納米管陣列形貌的影響,并研究了其光電催化分解海水制氫的性能。結(jié)果表明:在EG體系中制備的TiO2納米管陣列規(guī)則有序,有利于光生電子的傳輸,減小了電子-空穴

3、對的復(fù)合,光電催化制氫活性最高,為156.13μmol/h。
　　 二、利用尿素在半封閉體系中的熱分解,實現(xiàn)了N修飾的TiO2納米管陣列的制備(N-TIO2-NT),并通過氮氣氣氛的熱處理進一步提高了TiO2納米管陣列的光電響應(yīng)性能。經(jīng)過XPS分析表明在尿素分解過程中可能由于TiO2-NT表面-OH的催化作用發(fā)生了縮聚反應(yīng),生成類似于C3N4的聚合物,這種物質(zhì)在可見光下有吸收,UV-vis測試表明N-TiO2-NT樣品的吸收邊帶

4、發(fā)生明顯的紅移,移至489nm處,-0.1V對應(yīng)的光電流為431μA/cm2,pH調(diào)為中性后光電流可達到1.06mA/cm2,光電響應(yīng)提高了1.5倍。經(jīng)過TG-DSC和XPS分析,推測第三步熱處理后可能有部分的小分子物質(zhì)揮發(fā),同時也可能發(fā)生了進一步的縮聚,因此可見光響應(yīng)也增強。
　　 三、通過原位陽極氧化法制備了Zr摻雜的。TiO2納米管陣列,摻入低濃度的Zr對納米管的形貌影響不大,當(dāng)濃度達到2.5mmolL-1時管口變得非常不