硫酸改性TiO2納米片的制備及其可見(jiàn)光催化還原CO2性能研究.pdf

1、“全球變暖”和“碳能源危機(jī)”是當(dāng)前威脅人類生存發(fā)展的重大環(huán)境問(wèn)題。通過(guò)半導(dǎo)體光催化技術(shù)轉(zhuǎn)化CO2生成碳?xì)浠衔?，不僅能緩解大氣中CO2水平，還能以化合鍵（C-H鍵）的形式有效儲(chǔ)存太陽(yáng)能，具有極其重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。然而，TiO2光催化劑存在帶隙較寬、光量子效率低等問(wèn)題，制約了TiO2的廣泛應(yīng)用。拓展TiO2的光響應(yīng)范圍，研究具有高可見(jiàn)光催化活性的TiO2將是光催化發(fā)展走向?qū)嵱没谋厝悔厔?shì)。本論文旨在發(fā)展具有高可見(jiàn)光活性的硫酸改性T

2、iO2納米片光催化材料，并用于可見(jiàn)光催化還原CO2的研究。該工作的主要內(nèi)容如下：采用240 oC水熱法制備高比例{001}晶面暴露的TiO2納米片，然后利用硫酸酸化-真空熱處理法成功合成一系列硫酸改性的TiO2納米片光催化劑；運(yùn)用X射線衍射（XRD）、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、電子順磁共振（EPR）、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜（UV-vis DRS）、拉曼光譜、光致發(fā)光（PL）光

3、譜和Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面積測(cè)試對(duì)該光催化劑進(jìn)行表征，并考察了其在可見(jiàn)光照射下光催化還原CO2和水蒸氣生成CH4的活性。結(jié)果表明：（1）較之未修飾的TiO2納米片，H2SO4改性的TiO2樣品顯示了更高的可見(jiàn)光催化還原CO2生成CH4的產(chǎn)量、量子產(chǎn)率（QY）、能量投入產(chǎn)出比（EROEI）和催化劑轉(zhuǎn)換數(shù)（TON），H2SO4酸化處理明顯增強(qiáng)了TiO2納米片可見(jiàn)光催化還原CO2的活性。這是由于H2SO4

4、酸化有利于 TiO2表面羥基自由基和氧空位/Ti3+物種的產(chǎn)生，同時(shí)延長(zhǎng)了光生電子-空穴對(duì)的壽命，促進(jìn)了光生載流子的有效分離并遷移至催化劑表面參與 CO2還原反應(yīng)和H2O氧化反應(yīng)，進(jìn)而增加了催化劑的光催化還原CO2活性。（2）最佳H2SO4酸化處理濃度為0.5 mol L?1。0.5 mol L?1 H2SO4酸化的TiO2納米片催化劑4 h光催化還原CO2生成CH4的產(chǎn)量達(dá)13.20μmol g?1，相應(yīng)的QY、EROEI和TON分別