不同气氛下Pt与TiO2强相互作用及其对光催化性能的影响

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金属载体强相互作用体系具有的特殊的电子结构和几何结构等性质,使其对光催化反应的活性有显著影响,具有重要的研究意义。本人通过X-射线光电子能谱(XPS)和原位Ar+溅射相结合,主要研究了惰性N2气氛和还原性H2气氛下Pt与TiO2的强相互作用,并探讨了其对C3H6光催化性能的影响。Pt/TiO2薄膜样品在惰性N2气氛中400℃处理后,Ar+离子溅射发现随着溅射时间的延长,Pt的结合能向高结合能位移,出现高价态的Pt物种,同时Pt原子百分比随着溅射时间的延长出现先增高后降低的现象,暗示惰性N2气氛下高温处理后Pt与TiO2之间发生了两种强相互作用:(1)包覆:在惰性N2气氛高温处理过程中载体TiO2中的晶格氧逸出生成具有流动性的低价TixOy物种,对Pt0颗粒进行包覆;(2)热扩散:Pt原子扩散进TiO2晶格,取代Ti4+生成Pt2+。结果表明,高温N2处理后TixOy对Pt0的包覆和Pt0粒子尺寸变大可引起Pt/TiO2表面C3H6光催化活性明显降低。Pt/TiO2薄膜样品在还原性H2中400℃处理后,Ar+离子溅射发现Pt原子百分比也随着溅射时间的延长出现先增高后降低的现象,但Pt结合能向低结合能位移,出现低价态的Pt物种,即也发生了两种强相互作用,但与惰性N2气氛下有所不同:(1)包覆:在还原性H2气氛高温处理过程中载体TiO2被还原生成TixOy对Pt0颗粒形成包覆;(2)热扩散:Pt原子扩散进TiO2晶格,取代O2-生成Pt-。低温200℃下H2的还原使新制备催化剂表面PtO薄层被还原为Pt0,从而使C3H6的光催化活性升高,但在高温处理后包覆占据了主导地位,并且Pt颗粒变大,这些因素使C3H6的光催化活性下降。本文还研究了纳米管钛酸在CO气流中高温处理后对C3H6的可见及紫外光催化性能,实验结果表明:NTA经400-800℃的CO气氛高温处理后,对C3H6无可见光催化活性,只有紫外光催化活性且活性随处理温度升高而降低。表征结果显示NTA经CO高温处理后,只发生碳沉积,未发生碳掺杂;NTA经CO高温处理后,比表面积随处理温度升高而大幅下降,由锐钛矿相向金红石相转变的温度显著提前,这些都是导致紫外光催化活性降低的原因。
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