TiO2類光催化劑的改性研究.pdf

1、H2是一種綠色可持續(xù)再生的能源,也是替代化石燃料減少CO2排放的最佳選擇之一。利用太陽光催化水分解制氫,成為了氫氣的最佳來源之一。TiO2因其獨特的光電性能、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、無毒、價廉等特性,受到了廣泛的關(guān)注。但TiO2存在僅對紫外光有響應(yīng)且電子-空穴復(fù)合幾率大的問題,對其進行修飾,提高TiO2的光催化產(chǎn)氫性能,成為研究的重點。本文主要以P25為主催化劑,分別用CuO、GR、N及其組合對P25進行摻雜/復(fù)合,研究它們的修飾對

2、P25光催化活性的影響,通過對催化劑結(jié)構(gòu)特性的分析,對摻雜組分的作用進行理論的分析。
　　系統(tǒng)研究了CuO摻雜TiO2光催化劑催化制氫體系中各種條件對于P25光催化活性的影響。結(jié)果表明,銅組分的最佳摻雜量為2~7.5wt％,最佳焙燒溫度為350℃,催化劑在反應(yīng)液中的最佳分散量為0.6~1.0g/L。對于2wt%CuO/TiO2在甲醇的含量10vol%、催化劑分散量1.0g/L及焙燒溫度350℃的條件下,體系產(chǎn)氫速率可達到1022μ

3、mol/(h·g),并且該催化劑具有較好的穩(wěn)定性。
　　結(jié)合新型的碳材料石墨烯,采用水熱法制備石墨烯摻雜的TiO2類光催化劑,研究了石墨烯的添加對于TiO2及CuO/TiO2光催化活性的影響,結(jié)果表明,在最佳的石墨烯添加量下,TiO2-GR和CuO/TiO2-GR的催化產(chǎn)氫速率分別是P25和CuO/TiO2的1.9和2.1倍,CuO/TiO2-GR-0.5復(fù)合物的最高光催化產(chǎn)氫速率可達2905μmol/(h·g)。分析表明,在水熱

4、處理過程中,氧化石墨還原為石墨烯,且GR與TiO2之間形成了化學(xué)鍵,這有利于電子的傳輸與轉(zhuǎn)移,同時CuO和GR之間的協(xié)同作用也有效地抑制了電子-空穴的再結(jié)合、提高了界面電荷的轉(zhuǎn)移、加強了對可見光的吸收及提供了更多光催化反應(yīng)的活性位。
　　最后,研究了N的摻雜對于TiO2類光催化劑的影響,分別通過N2氛圍下高溫煅燒、等離子體處理,及以尿素為氮源,采用浸漬法、機械研磨法和水熱法制備N摻雜的TiO2光催化劑,并考察其光催化活性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)