一維TiO2-WO3異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建、改性及其光催化性能的研究.pdf

1、隨著工業(yè)的快速發(fā)展，化石類燃料在使用過程中造成的能源危機(jī)和環(huán)境污染成為人類面臨的重大挑戰(zhàn)。光催化技術(shù)能夠利用太陽能光解水得到清潔能源氫能，將低密度的太陽能有效地轉(zhuǎn)化為高密度的化學(xué)能，從而實現(xiàn)綠色能源的轉(zhuǎn)換，在解決能源和環(huán)境問題方面有著重要的應(yīng)用前景。目前，光催化材料多以TiO2為代表的寬帶隙半導(dǎo)體為主，它們雖然可以實現(xiàn)光催化分解水制取氫能，但是仍然存在著其本身無法克服的本征問題和應(yīng)用瓶頸：（a）較寬的帶隙導(dǎo)致太陽光利用率低；（b）光量子

2、效率較低；（c）產(chǎn)生H2的過電勢較高；（d）光催化劑難以分離回收。
　　如何解決上述四大問題是當(dāng)前光催化分解水產(chǎn)氫的研究熱點以及國際前沿問題。最近，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)光催化系統(tǒng)已經(jīng)成為理想和有效的解決途徑，因為這種光催化系統(tǒng)不僅能夠捕獲光生空穴來抑制光生電子-空穴對的復(fù)合，還能夠保持優(yōu)異的氧化還原能力。鑒于此，本文通過將二氧化鈦納米材料和金屬氧化物復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)，在此基礎(chǔ)上利用碳修飾和貴金屬進(jìn)行修飾，進(jìn)一步促進(jìn)光生載流子的分離和對太陽光的

3、利用率，并利用掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、紫外可見漫反射吸收光譜（UV-Vis）、X射線光電子能譜（XPS）等對所制備材料的形貌結(jié)構(gòu)和物相進(jìn)行表征，并對其光電流、阻抗（EIS）以及光催化分解水產(chǎn)氫性能進(jìn)行了測試研究。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）首先利用靜電紡絲技術(shù)制備出 TiO2/WO3異質(zhì)結(jié)納米纖維，然后通過水熱反應(yīng)制備了碳包覆TiO2/WO3異質(zhì)結(jié)納米纖維的復(fù)合材料，并探討了不同的鎢

4、含量對 TiO2光催化分解水產(chǎn)氫性能的影響。利用碳層對可見光的吸收實現(xiàn)對二氧化鈦的敏化，碳層作為電子收集體，WO3作為空穴收集體，能夠有效的抑制光生電荷的復(fù)合，提高二氧化鈦的量子產(chǎn)率，促進(jìn)光催化分解水產(chǎn)氫性能的提升。此外，基于三維納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和碳層的保護(hù)，使得光催化劑得以有效的分離和回收使用；
　?。?）在前期鎢的最佳引入量的基礎(chǔ)上，在前驅(qū)體溶液中加入氯鉑酸，利用靜電紡絲技術(shù)混紡制備出TiO2/WO3/Pt復(fù)合納米纖維，其光催化分

5、解水產(chǎn)氫性能和TiO2/WO3納米纖維相比有了明顯的提升。并通過光電流、阻抗等手段對機(jī)理進(jìn)行了探索，Pt與二氧化鈦接觸形成肖特基勢壘，作為電子收集體，WO3作為空穴收集體，促進(jìn)光生電荷的分離。此外，Pt相比較二氧化鈦而言有著更低的過電勢，能夠進(jìn)一步促進(jìn)光催化分解水產(chǎn)氫性能的提升；
　?。?）在前期鎢的最佳引入量的基礎(chǔ)上，在前驅(qū)體溶液中加入氯金酸，利用靜電紡絲技術(shù)混紡制備出TiO2/WO3/Au復(fù)合納米纖維。Au和二氧化鈦接觸形成肖