Bi2WO6納米片的改性及其光電催化甲醇氧化性能研究.pdf

1、能源、環(huán)境兩大問題是制約人類社會發(fā)展的重要枷鎖，開發(fā)新材料、新技術(shù)和新能源解決環(huán)境污染和能源短缺的問題，已成為科學(xué)工作者迫在眉睫的一項工作任務(wù)。其中，半導(dǎo)體光催化技術(shù)被認為是解決能源、環(huán)境問題的一種有效途徑。本論文受直接甲醇燃料電池啟發(fā)，以減少貴金屬的使用量和緩解催化劑中毒為出發(fā)點，引入半導(dǎo)體Bi2WO6，利用光電催化協(xié)同作用，提高催化活性。另外，針對半導(dǎo)體Bi2WO6自身存在光生載流子易復(fù)合、太陽光利用率低等缺點，本論文采用兩種碳材料

2、(CQDs和rGO)對其進行改性，制備幾類光電復(fù)合材料。采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)等表征手段對材料的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成進行表征;同時，通過紫外-可見(UV-Vis)漫反射光譜測試這些復(fù)合材料的光學(xué)吸收范圍。采用堿性條件下的甲醇體系，對幾種光電復(fù)合材料進行光電化學(xué)測試，比較改性前后材料的催化性能變化。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)首先采用水熱法，在導(dǎo)電玻璃(FTO)基

3、體上制得鎢酸鉍垂直納米片(Bi2WO6/FTO)，再分別采用光沉積法和浸漬法將Pt顆粒和碳量子點負載在Bi2WO6納米片表面，制備得到Pt@Bi2WO6/FTO、CQDs@Bi2WO6/FTO、CQDs-Pt@Bi2WO6/FTO等光電復(fù)合材料。通過測試這些材料的紫外-可見漫反射光譜(DRS)，發(fā)現(xiàn)引入負載鉑和CQDs，都明顯拓展材料對太陽光的吸收范圍。用循環(huán)伏安(CV)、恒壓計時電流(I-t)及阻抗(EIS)等電化學(xué)方法測試材料光電甲

4、醇氧化的化學(xué)行為。與Pt@Bi2WO6/FTO電極相比，CQDs-Pt@Bi2WO6/FTO顯示出更優(yōu)的光電催化甲醇氧化性能，更好的穩(wěn)定性，以及更低的電荷傳遞阻力。原因是CQDs可以幫助拓寬材料的光譜吸收范圍，促進光生載流子的遷移。同時，CQDs可以作為中間體的吸附位點，抑制Pt對CO的中毒。
　　(2)從考慮增加反應(yīng)活性位點出發(fā)，改用具有高比表面積的還原氧化石墨烯。分別采用熱還原法和光沉積法負載還原氧化石墨烯(rGO)和鉑顆粒，

5、制備得到rGO-Bi2WO6/FTO、Pt-Bi2WO6/FTO和Pt@rGO-Bi2WO6/FTO等復(fù)合材料。通過測試這些材料的紫外-可見漫反射光譜(DRS)，發(fā)現(xiàn)引入rGO層和負載鉑納米顆粒，都明顯拓展材料對太陽光的吸收范圍。通過對比研究這些復(fù)合材料電極的光電催化氧化甲醇性能結(jié)果，發(fā)現(xiàn)Pt@rGO-Bi2WO6/FTO電極具有最高的光電催化能力以及最優(yōu)的抗CO中毒性能。這是因為引入還原氧化石墨烯，提高了復(fù)合材料電極的導(dǎo)電性;同時作為