TiO2其发级结构复合材料的制备及光解水制氢性能研究

摘要

二氧化钛(TiO2)光催化材料由于价廉、无毒、性能稳定等特点成为目前光催化领域的热点研究材料，其中也包括光催化制氢的应用中。但是单纯的TiO2中的光生电子-空穴极易复合，这也导致TiO2的制氢效率较低;同时，TiO2的形貌结构也影响着光催化的效率。对以上问题，本论文主要采用新型碳材料二维石墨烯和一维碳纤维做为载体，采用溶剂热的方法在其表面原位生长，制备出具有分级结构的TiO2-碳材料复合材料，发现其在紫外光下，有较高的制氢活性，相对于单纯的TiO2，催化制氢效率明显提高。
　　本论文主要研究内容如下:
　　(1)在甘油与乙醇的共同作用下，以钛酸四丁酯为钛源，通过溶剂热反应在氧化石墨表面进行原位生长TiO2纳米刺前躯体，与此同时，氧化石墨(GO)被还原，将得到的复合体前躯体经过焙烧后得到分级结构的RGO-TiO2，并对其进行一系列的表征，同时测试了没有助催化剂Pt下光催化分解水制氢的性能，分别研究了不同含量、不同质量、不同牺牲试剂的析氢性能。
　　(2)以制备的碳纤维(CNFs)作为基底，钛酸四丁酯作为钛源，在乙醇与甘油的共同作用下，通过溶剂热反应制备出TiO2纳米刺负载的碳纤维复合体材料前躯体。在这个过程中，首先在碳纤维表面生成了钛-甘油复合物前驱体纳米粒子，随着时间的延长，通过奥斯特瓦尔德熟化的过程，纳米粒子逐渐生长成纳米刺，前躯体再经过焙烧最后形成了分级结构的CNFs-TiO2复合材料。并通过实验测试了复合材料样品在紫外光照射下的光催化析氢性能，研究了不同含量比、以及不同牺牲试剂对产氢效果的影响。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 光催化制氢的基本机制

1．3 光催化水制氢主要反应过程

1．3．1 光电化学分解水制氢

1．3．2 悬浮体系催化分解水制氢

1．4 光催化制氢研究现状

1．5 纳米TiO2光催化剂

1．5．1 纳米TiO2的制备方法

1．6 提高纳米TiO2的光催化性能的途径

1．6．1 纳米TiO2形貌的调控

1．6．2 金属离子的掺杂

1．6．3 非金属的掺杂

1．6．4 贵金属的沉积

1．6．5 半导体材料的复合

1．7 研究课题来源

1．8 本课题的研究内容

第2章 实验材料和表征方法

2．1 实验试剂

2．1．1 实验试剂和原料

2．1．2 实验仪器和设备

2．2 表征方法及原理

2．2．1 扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，SEM)

2．2．2 透射电子显微镜(Transmission electron microscope，TEM)

2．2．3 X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)

2．2．4 氮气吸附-脱附等温线测试(N2 adsorption-desorption measuremen)

2．2．5 广角X射线衍射(Wide-angle X-ray diffraction，WAXRD)

2．2．6 傅立叶变换红外光谱(Fourier transform infrared，FT-IR)

2．2．7 拉曼光谱(Raman spectroscopy)

2．2．8 电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectra，EIS)

2．2．9 表面光电压(Surface Photovoltage Spectroscopy，SPS)

2．2．10 瞬态光电压(Transient Photovoltage，TP)

2．3 光催化分解水性能测试

第3章 具有分级结构RGO-TiO2复合材料的制备及光解水制氢性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 具有分级结构RGO-TiO2复合材料的合成

3．2．2 RGO-TiO2紫外光光催化水制氢性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 相结构和形貌的表征分析

3．3．2 分级结构前驱体的形成过程的研究

3．3．3 分级结构复合材料前驱体形成机理

3．3．4 比表面积测试以及孔径分布

3．3．5 光催化活性测试

3．3．6 电荷转移特性

3．4 本章小结

第4章 分级结构CNFs-TiO2复合材料制备及光解水性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 分级结构CNFs-TiO2复合材料的合成

4．2．2 CNFs-TiO2紫外光光催化水制氢性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 相结构和形貌的表征分析

4．3．2 分级结构前驱体的形成过程的研究

4．3．3 分级结构复合材料前驱体的形成机理

4．3．4 比表面积测试以及孔径分布

4．3．5 光催化活性测试

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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