银/二氧化钛的介孔限域效应及其对光催化性能的影响

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有序介孔二氧化钛因其大的比表面积、高的孔隙率和发达有序的孔道结构而广泛应用于光催化领域,成为人们研究的热点之一。然而,由于锐钛矿二氧化钛为宽带隙半导体(3.2eV),只能被紫外光激发,因而对太阳光的利用率较低。利用贵金属的表面等离子体共振效应可以吸收利用太阳光中的可见光,因而近年来有序介孔二氧化钛与贵金属的复合引起了人们的关注。其中,孔道的限域效应对贵金属的表面等离子体共振有重要影响,因而系统研究介孔二氧化钛孔道的限域效应将为设计合成高效的可见光催化剂提供依据。以高度有序介孔二氧化钛为宿主,银溶胶为银源,通过真空诱导辅助方法制备了有序银/二氧化钛介孔复合体,实现了银簇在孔道内、外的可调控性。系统研究了介孔二氧化钛孔道的限域效应对银簇的影响,并进行了光催化性能测试。发现孔道的限域效应使得孔内的银簇与介孔二氧化钛孔壁之间存在较强的Ag-O相互作用,从而构建起有效的电子传递通道,促进了光生电子和空穴的有效分离,进而提高了介孔银/二氧化钛复合体材料的紫外光和可见光催化活性。以硝酸银为银源,有序介孔二氧化钛为宿主,采用真空诱导辅助-热还原方法制备了有序银/二氧化钛介孔复合体材料。孔道的限域效应使形成的银簇尺寸小,且在孔道内高度分散,从而形成了银与孔壁之间有效的界面耦合。光催化降解苯酚发现复合体具有优异的紫外光和可见光催化性能,且具有较好的循环稳定性,这是由于介孔二氧化钛孔道的限域效应使银簇与二氧化钛孔壁之间形成了有效的界面耦合,从而利于光生载流子的分离。此外,复合体优良的可见光催化活性归因于贵金属银的表面等离子体共振效应。以羧基化的三嵌段共聚物P123为模板,廉价的硫酸氧钛为无机钛源,硝酸银为银源,通过溶胶-凝胶法制备了有序银/介孔二氧化钛复合体材料,考察了不同浓度的硝酸银溶液对所合成催化剂结构与性能的关系。所得介孔复合体材料具有有序的介孔结构和较高的比表面积,利于反应物和产物的扩散。孔道的限域效应使银均匀分散在介孔二氧化钛骨架内,从而使银和二氧化钛之间形成了有效的界面接触。光催化降解苯酚发现所得复合体材料具有优异的紫外光及可见光催化性能,这是由于两者有效的界面耦合及银的表面等离子体共振效应有利于光生载流子的分离和可见光的吸收的缘故,这种新颖的介孔银/二氧化钛复合体材料在光催化领域具有潜在的应用前景。
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