【摘 要】
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当今世界能源危机和环境污染成为一个亟待解决的问题,基于半导体材料的太阳能驱动光催化分解水制氢技术具有清洁无污染、可持续、环境友好等特点,可以将太阳能直接转化为化学燃料,有望成为解决能源危机和环境污染的有效手段。TiO2作为一种典型的半导体光催化剂,由于其无毒、成本低以及化学性质稳定受到了广泛的关注和研究。但是由于TiO2具有较宽的带隙(3.2 e V)限制了对可见光的吸收,以及较高的载流子复合率极
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当今世界能源危机和环境污染成为一个亟待解决的问题,基于半导体材料的太阳能驱动光催化分解水制氢技术具有清洁无污染、可持续、环境友好等特点,可以将太阳能直接转化为化学燃料,有望成为解决能源危机和环境污染的有效手段。TiO2作为一种典型的半导体光催化剂,由于其无毒、成本低以及化学性质稳定受到了广泛的关注和研究。但是由于TiO2具有较宽的带隙(3.2 e V)限制了对可见光的吸收,以及较高的载流子复合率极大地限制了TiO2的实际应用。本文通过将非金属红磷(RP)与不同形貌的TiO2进行复合,分别构建了TiO2纳米棒@RP和TiO2空心球@RP两种不同的异质结构,并对各体系的结构特征、分解纯水析氢性能以及反应机理进行了研究。主要研究内容如下:(1)首先通过水热法合成了钛酸纳米管前驱体,并通过高温焙烧得到(116)晶面暴露的TiO2纳米棒。进而和无定形RP混合后置于密封石英管内通过气相沉积法合成TiO2@RP纳米棒异质结构。通过优化前驱体中TiO2和RP的质量比,所制备的TiO2@RP(0.4)相对于TiO2纳米棒表现出显著提升的光催化析氢性能,在模拟太阳光照射下的析氢速率可高达12.9μmol·h-1。通过理论计算和实验分析可以证明,Z型异质结有助于促进光生载流子的空间分离和迁移,提高光生电子和空穴的寿命,从而提升TiO2@RP异质结构的光催化析氢性能。(2)通过溶胶-凝胶法合成了介孔TiO2空心球,以TiO2空心球作为支撑载体材料,通过化学气相沉积法制备了RP修饰的TiO2空心球异质结构(TiO2@RP)。通过对TiO2空心球上RP负载量的优化,TiO2@RP空心球表现出非常优异的光催化析氢性能。在模拟太阳光照射下,TiO2@RP空心球的析氢速率可达8.62μmol·h-1。特殊的空心球结构能够提高光的利用率,RP和TiO2间形成的异质结有利于光生载流子的分离和迁移,从而有助于提高光催化析氢性能。
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