高比表面積TiO2-貴金屬復合材料的制備及其光解水制氫性能研究.pdf

1、光解水制氫技術作為太陽能利用的重要方式之一，除了能提供高能量密度且無污染的氫能之外，還有望對太陽能電池、光催化CO2還原、光催NH3合成等的研究提供借鑒和幫助，因此，光解水制氫技術自1972被發(fā)現(xiàn)以來一直受到研究者的廣泛關注。然而，通過近50年的發(fā)展，光解水制氫的太陽能-氫能轉換效率依然達不到10％的工業(yè)化應用的最低限度。除此之外，光解水制氫技術還面臨著量子產率低、太陽光利用率低、催化劑的穩(wěn)定性亟待提高等問題。為此，研究者先后從開發(fā)新的

2、催化劑體系、提高太陽光的吸收效率、改變犧牲劑種類、降低電子遷移的肖特基勢壘等諸多方面對光解水制氫技術進行了改進，并取得了顯著的效果。但諸多的研究也表明:開發(fā)新的催化劑體系、提高原有催化劑的性能依然是目前有效提高光催化轉化效率、降低催化劑成本的主要途徑之一。
　　二氧化鈦(TiO2)作為最早研究開發(fā)的光催化劑之一，因其無毒、穩(wěn)定、廉價、環(huán)保等優(yōu)勢，在環(huán)境治理、自清潔、水裂解、有機光合成、CO2還原、太陽能電池等領域得到了廣泛應用。高

3、比表面積催化劑能顯著提高催化劑的活性位點，進而提高材料的催化性能。但受制于目前合成技術的影響，高比表面積TiO2納米材料的研究還相對較少。因此，利用一種簡單的合成技術制備具有高比表面積的TiO2并對其進行修飾，提高TiO2復合材料的光解水制氫活性，無論對TiO2光解水制氫活性的提高還是對光解水制氫性能的認識都具有重要的理論價值和實踐意義。
　　基于此，本論文利用水浴-光誘導的方法合成了TiO2、Ag-TiO2、Au-TiO2等具有

4、高比表面積的催化劑用于光解水制氫性能研究，通過對材料的組成和形貌表征發(fā)現(xiàn):合成體系的pH值除能影響復合材料的比表面積之外，還會影響金屬納米顆粒在TiO2表面的形狀和含量。復合材料的光解水制氫性能測試結果表明:所制備的復合材料顯示出優(yōu)越的制氫性能，且受貴金屬納米顆粒的含量和形貌的影響。主要研究內容包括以下方面:
　　1、高比表面積、單分散無定型二氧化鈦量子點的合成及其光解水制氫性能研究。通過光解水制氫法在醇水溶液中對其產氫活性進行了

5、測試。結果表明，納米二氧化鈦大小均一、分散性好、有著較大比表面積、活性位點多，是一種良好的半導體載體。納米顆粒的大小10.6 nm，納米二氧化鈦的光解水產氫速率為8.2μmol h-1 g-1。
　　2、Ag納米顆粒形貌及其含量在TiO2表面的pH調控和光催化制氫性能研究。通過水浴和光誘導輔助法成功合成了一系列Ag-TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)合成體系的pH對Ag納米顆粒的形貌及其含量具有顯著的影響。隨著合成體系pH值的增加，Ag納米顆粒

6、逐漸從棒狀變?yōu)槠瑺?，最后到球狀。對Ag-TiO2光催化制氫性能的測試結果表明:pH為2.86，AgNO3添加量為1wt％，催化劑用量為0.5 g/L，犧牲劑為甲醇時，Ag-TiO2催化劑的產氫活性最佳，達476.7μmol h-1 g-1。
　　3、Au納米顆粒形貌及其含量在TiO2表面的pH調控和光催化制氫性能研究。通過水浴和光誘導輔助法制備出一系列Au-TiO2催化劑，發(fā)現(xiàn)合成體系的pH對Au納米顆粒的形貌及含量有明顯的影響。