论文部分内容阅读
利用溶胶凝胶法,以钛酸四正丁酯为原料,尿素、硫脲分别作为氮源和硫源,合成N、S掺杂的TiO2纳米颗粒（记作XNTiO2NP,YSTiO2NP,其中X为合成时原料中N与Ti的原子比,Y为合成时原料中Ti与S的原子比）,并以此为原料利用微波法合成掺杂的TiO2纳米管（记作XNTiO2NT,YSTiO2NT）,并在相同铂载量、光照条件下评价了催化剂的光催化制氢活性,研究了不同掺杂比对催化剂活性的影响,找出最佳掺杂比。在此基础上,以已制得掺杂的TiO2纳米颗粒为前驱体,基于微波法,合成了CdS复合N、S掺杂的TiO2纳米管（记作ZCdSXNTiO2NT,ZCdSYSTiO2NT,其中Z为CdS的复合量）,并考察了CdS的复合量对催化剂活性的影响。通过现代测试技术（DRS,TEM,XRD,XPS,ICP和EAI等）,对催化剂的结构进行了表征,并研究了催化剂活性与其内在结构性质之间可能存在的相互关系。通过改变合成时尿素和硫脲的用量,制备一系列催化剂。实验结果表明,在不同N掺杂比的催化剂中,3NTiO2NT的产氢活性较高,吸收边约为543nm,在纯水和加牺牲剂（5%甲醇水溶液）的条件下的产氢速率为分别为17.11μmol/（g·h）和415.4μmo/（g·h）。在不同S掺杂比的催化剂中,15STiO2NT的产氢活性较高,吸收边约为448nm,在纯水和加牺牲剂的条件下的产氢速率为分别为98.06μmol/（g·h）和2665μmol/（g·h）。综合表征结果分析,有部分N、S原子掺杂进入TiO2晶格内,形成杂质能级改变了催化剂的能带结构,提高了催化剂的产氢性能。利用已制备的活性较高的N、S掺杂的TiO2纳米颗粒为原料,考察不同CdS复合量对催化剂的影响。结果表明,在纯水体系下,复合量为4wt%的催化剂的活性较高。其中在可见光条件下, 4CdS3NTiO2NT的产氢速率为13.3μmol/（g·h）,4CdS15STiO2NT的产氢速率为13.9μmol/（g?h）。在含牺牲剂（0.1mol/LNa2S,0.04mol/LNa2S2O3溶液）的体系下,CdS复合量为8wt%的催化剂表现出较高的催化活性,其中在可见光条件下8CdS3NTiO2NT的产氢速率为165.31μmol/（g·h）,8CdS15STiO2NT的产氢速率为656.36μmol/（g·h）。结合表征分析,结果表明,在纯水体系下CdS复合量的过大,会使TiO2纳米管表面被CdS颗粒覆盖,影响了TiO2对光的吸收,导致催化活性下降。在加入牺牲剂的体系下CdS对催化剂活性的影响起到了主要作用。XPS分析结果表明,复合CdS后,TiO2中的Ti原子和O原子失去部分电子,其XPS特征峰向高能方向偏移;而其中CdS的Cd原子和S原子得到部分电子,其XPS特征峰向低能方向偏移,从而对催化活性产生影响。