能带不匹配WL-InP/TiO2NTs三异质结光加强电催化还原CO2制甲醇

来源 :山东农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jhl1989
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近年来光催化和电催化还原CO2成为国内外研究的热点,这主要归结为两方面原因,一方面CO2的大量排放对环境形成越来越严重的负担;另一方面CO2具有两面性,既是一种环境污染物,也是一种潜在的碳资源。传统的CO2催化加氢的处理转化方法需要借助高温高压,并且氢来源于化石燃料,无法从根本上解决CO2造成的环境问题,而光催化和电催化还原CO2,具有绿色、清洁、可再生的催化优点,其氢不是来源于化石燃料而是来源于水,其驱动力不再是高能耗的高温高压作用,而是借助于取之不竭可再生的太阳能和电能来驱动,是对环境友好的高级催化处理技术。   本文采用阳极氧化法合成了排列整体有序的TiO2纳米管阵列,并成功的将InP修饰到TiO2纳米管上,InP采用温和的水热方法合成,SEM表征发现InP呈蠕虫状结构致密的堆积在TiO2纳米管上,大小为30 nm左右,与理论计算所得大小29.6 nm相符;XRD表征证明我们所制备的材料由Ti基底、TiO2、InP组成,InP主要沿(420)晶面生长,为立方晶型;Uv-vis表征可以看出复合上InP后可7见光吸收明显增加,负载上InP后基底TiO2的能带隙由3.2 eV窄化为了1.52 eV,XPS表征没有发现其他杂质元素,由高斯拟合曲线可以得出复合材料的价带最大值为1.24eV结合Uv-vis得到的能带隙,可推出复合材料的导带最小值为-0.28eV。单独光催化时由于导带位置较之CO2的还原电位更正,还原能力不足,净还原电流为0,不发生CO2的还原,但加光条件下材料对可见光有响应,有光电流的产生,这是因为价带位置较之水的氧化电位更正,可以将水氧化为氧气和氢质子,同时为下一步还原CO2提供氢质子。单独电催化电流效率随时间下降,加光可以改变这种缺陷,即光加强电催化可高效还原CO2。我们测得单独光催化下产物无甲醇的生成与我们推测的导带位置不够负无法还原CO2相符,单独电催化还原和光加强电催化还原CO25h后产物甲醇的浓度分别为5.89和3.85 mmol L-1,加光将还原产率提高了1.53倍,最后我们对反应机理进行了推测,认为氢质子来源两方面,一方面来源于光激发产生的空穴氧化水,另一方面来源于对电极氧化水。本文为能带不匹配型半导体光加强电催化还原CO2提供了一种新方法。
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