鈦基光催化材料的制備和性能研究.pdf

1、光催化制氫是解決能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題上最有前景的綠色技術(shù)之一，它可以把取之不盡的太陽能源轉(zhuǎn)換為氫能。而鈦酸鹽材料因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、具有良好的抗光腐蝕能力、廉價無毒且導(dǎo)帶足夠負(fù)等優(yōu)點，是作光催化產(chǎn)氫的催化劑的適合選擇。因此，通過對鈦基光催化材料的改性來提高光催化制氫性能成為了研究的重點。
　　本文首先通過溶膠凝膠法合成了具有雙功能的CaTiO3∶Ln3+(Ln=Eu，Er)納米晶體，詳細(xì)研究了稀土離子含量對CaTiO3的形態(tài)、發(fā)

2、光性質(zhì)、產(chǎn)氫性能的影響。作為熒光劑，CaTiO3∶Ln3+納米晶體的發(fā)光性能可以通過摻雜不同濃度的Ln3+離子來控制，從不同濃度的CaTiO3∶Eu3+的光譜圖中觀察到銪離子5D0→7F1(589～602nm)，5D0→7F2(615～633 nm)，5D0→7F3(～654 nm)以及5D0→7F4(～713 nm)的躍遷。當(dāng)激發(fā)波長為397nm時，摻雜濃度為CaTiO3∶Eu3+(17％)的5D0→7F2(615～633 nm)的發(fā)

3、射強(qiáng)度最大，說明純相CaTiO3促進(jìn)了銪離子的發(fā)光性能。在不同濃度的CaTiO3∶Er3+納米晶體的上轉(zhuǎn)換熒光光譜中可以看到餌離子的2H11/2→4I15/2(～526nm)，4S3/2→4I15/2(～544 nm)和4F9/2→4I15/2(～662nm)躍遷，并且4F9/2→4I15/2和2H11/2/4S3/2→4I15/2的相對強(qiáng)度隨著餌離子濃度的增加而增加。當(dāng)餌離子濃度達(dá)到10％時，發(fā)生了熒光淬滅?？傮w來說，CaTiO3∶L

4、n3+表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的發(fā)光性能。作為光催化劑，CaTiO3∶Ln3+納米晶體在紫外光照射下表現(xiàn)出更高的產(chǎn)氫活性，CaTiO3∶Er3+納米晶體的光催化活性最高可達(dá)461.25μmol·h-1，高于CaTiO3∶Eu3+和純相CaTiO3納米晶體。從紫外吸收光譜了解，Ln3+離子摻雜減小了CaTiO3的帶隙，并且，電化學(xué)阻抗測試結(jié)果也表明了Ln3+離子的摻雜促進(jìn)了電荷的分離。因此，CaTiO3∶Ln3+納米晶體表現(xiàn)出了優(yōu)秀的光致發(fā)光和光催

5、化制氫催化活性的雙功能。
　　其次，通過水熱法與后續(xù)熱處理結(jié)合的方法制備了帶狀MgTiO3/MgTi2O5/TiO2復(fù)合材料。通過X射線衍射、透射電鏡、高分辨透射電鏡等表征了這種三相異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的成分與形態(tài)，證明了該材料確實是由MgTiO3、MgTi2O5和TiO2構(gòu)成的。根據(jù)導(dǎo)帶和價帶的電位可知，光生電子能夠從MgTiO3傳輸?shù)組gTi2O5，然后再傳輸?shù)絋iO2，并使空穴向按照相反的方向傳輸，這種傳輸方式能阻止光生電子在反

6、應(yīng)界面的逆向遷移，從而促進(jìn)電荷分離。此外，我們研究了煅燒溫度對這種復(fù)合材料的影響，從測試結(jié)果可知，煅燒溫度為700℃時，樣品的結(jié)晶度和產(chǎn)氫效果都是最佳。制備的MgTiO3/MgTi2O5/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑夠表現(xiàn)出非常高的光催化制氫活性(356.1μmol·h-1·g-1catalyst)和表觀量子效率(365nm為50.69％)，高于純相TiO2納米帶（189.4μmol·h-1·g-1catalyst）將近兩倍。從線性伏安掃描