二氧化钛光催化剂表面酸碱位点构筑及性能研究

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光催化是一种太阳能转化技术,表面活性位点构筑是提高特定太阳能转化反应表观效率的有效方法,同时可促进催化剂光生载流子分离效率。本论文以晶面结二氧化钛为基底材料,通过表面酸碱位点构筑增强光催化反应表观效率。具体研究内容如下:(1)利用乙醇协同Br-调控氟化二氧化钛表面酸位,制备出富含Ti4+Leiws酸位点二氧化钛光催化材料(F-TiO2(EB))。表面酸位调控不会改变样品的晶体结构、尺寸、吸光度和能带结构。但强化了Lewis酸与O2的作用,并协助光生电子e-向O2转移,促进了光还原反应效率。此外,表面Lewis酸位调控促使表面Br?nsted酸(-OH)生成,提升光生空穴h+的分离,并可连续实现羟基自由基(·OH)生成过程,从而使F-TiO2(EB)表现出优异的载流子分离能力及光诱导氧化还原反应效率。经过30 min,可有效降解98%的罗丹明B;经过100 m i n,可有效降解87%的环丙沙星。(2)通过光沉积法制备了软Lewis碱(I-)表面修饰二氧化钛(I-TiO2)。C O2光还原测试结果显示本征TiO2只能将CO2还原成微量CO,生成速率为0.01μmol·g-1·h-1。I-TiO2可将CO2还原为CO、CH4、C2H4三种产物,生成速率分别为3.16μmol·g-1·h-1、13.83μmol·g-1·h-1、4.39μmol·g-1·h-1。CO2-TP D、EIS、i n situ DR IFTS等测试结果表明Lewis碱与C O2的化学作用增强,促进光生载流子的分离,增强了CO2的还原效率,并改变CO2的还原历程。此外,I-TiO2还表现出更优异的光降解性能,经过20 min,可有效降解93%的环丙沙星。相比本征TiO2经过20 min,只能有效降解65%的环丙沙星。(3)进一步利用光沉积法制备Lewis酸位Sn O2和Lewis碱位I-共修饰TiO2(I/S n O2-TiO2)。C O2光还原测试结果显示I/Sn O2-TiO2可接近100%选择性将CO2还原为CO,生成速率为41.83μmol·g-1·h-1,是I-TiO2 C O生成速率的13.6倍。光电流等测试表明Lewis酸、碱共修饰可进一步提高光生载流子的分离效率,因此催化活性提高。但CO-TPD显示I/Sn O2-TiO2表现出较强的CO解离能力,因此CO2的还原向着CO方向进行。此外,I/Sn O2-TiO 2进一步表现出更高的光降解性能,经过20 min,可有效降解95%的环丙沙星。
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