反向负载金/半导体氧化物纳米复合物的制备及其光催化性能研究

摘要

二氧化钛作为一种传统紫外光响应的光催化剂，对其进行非金属掺杂能够有效拓宽其光谱吸收范围，因而更好地利用太阳能，本论文首先通过溶剂热的方法合成了超细N掺杂TiO2纳米粒子，研究了其形貌结构，元素构成和光催化分解水制氢性能。另一方面，与贵金属复合也是提升半导体氧化物光催化性能的重要途径，本论文以种子生长法合成了具有规整形貌的纳米金粒子，并以其为载体，将多种氧化物与其复合，并研究了其可见光催化性能。全文主要研究内容如下:
　　1.超细氮掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及其自然光催化分解水制氢性能研究
　　以四氯化钛为钛源，聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)为掺杂剂和稳定剂，乙二醇为溶剂，在溶剂热条件下制备了超细N掺杂TiO2纳米粒子。当原料中PVP与TiC14的质量比约为1:9时样品表现出最佳的模拟自然光照下光催化分解水制氢性能，是纯TiO2样品的4.5倍左右，这主要是由于N元素的成功掺杂、增大的比表面积以及样品表面大量亲水基团所带来的优异的亲水性。
　　2.反向金载二氧化钛纳米复合物的制备及其可见光辐照下分解水制氢性能研究
　　以种子生长法合成了粒径在120nm左右的规整纳米金粒子，并以其为载体，在四氯化钛-乙二醇体系中通过溶剂热法制备了具有反向结构的Au/TiO2纳米复合物，并表现出较好的可见光辐照下光催化分解水制氢性能，当金的摩尔分数为2％时Au/Ti02纳米复合物的产氢速率可达1000μmol·h-1·g-1，这是由于纳米金的表面等离子体共振效应、分散的产氢位点以及适宜的金复合量所致。
　　3.反向金载氧化锌纳米复合物的制备及其可见光催化性能研究
　　以纳米金为载体，在乙酸锌-氢氧化钾水溶液中经溶胶凝胶法合成了具有反向结构的Au/ZnO纳米复合物，并表现出较好的可见光催化降解MO溶液和可见光催化氧化甲醇的性能。反向结构促进了表面等离子体共振效应产生的光生载流子的分离，延长了光生载流子的寿命，进而提高了Au/ZnO纳米复合物的光催化性能。
　　4.反向金载二氧化铈纳米复合物的制备及其可见光催化性能研究
　　以纳米金为载体，在硝酸铈-六亚甲基四胺水溶液中通过水热法合成了具有反向结构的Au/CeO2纳米复合物，并研究了其可见光催化分解水产氧性能和可见光催化降解MO溶液性能。当金的复合量为2％时Au/Ce02纳米复合物展现出最佳的产氧性能和降解MO性能。表面等离子体共振效应作为复合结构可见光响应的关键，促进了光生电子空穴对的分离，提高了光催化效率。
　　5.反向金载二氧化锡纳米复合物的制备及其可见光催化性能研究
　　以纳米金为载体，在四氯化锡-水合肼体系中合成了具有反向结构的Au/SnO2纳米复合物，并研究了其可见光降解MO溶液的性能。自由基捕获实验表明·O2-和h+是Au/SnO2可见光降解MO溶液的主要活性物种，在光催化降解MO溶液过程中起主要作用。

目录

声明

摘要

图表目录

1 绪论

1．1 前言

1．2 半导体光催化机理

1．3 影响光催化性能的主要因素

1．4 提高半导体光催化活性的途径

1．4．1 金属离子掺杂

1．4．2 非金属离子掺杂

1．4．3 贵金属表面沉积

1．4．4 半导体复合

1．4．5 光敏化

1．5 表面等离子体光催化材料

1．5．1 表面等离子体光催化材料简介

1．5．2 表面等离子体光催化材料的机理

1．5．3 贵金属/半导体氧化物复合体系研究进展

1．6 本课题提出的意义及主要研究内容

1．6．1 本课题提出的意义

1．6．2 本课题主要研究内容

参考文献

2 超细氮掺杂二氧化钛纳米粒子的制备及其自然光催化分解水制氢性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 药品与试剂

2．2．2 样品的合成

2．2．3 样品表征

2．2．4 光电性能测试

2．2．5 光催化分解水制取氢气

2．3 结果与讨论

2．3．1 样品相结构分析

2．3．2 形貌及比表面积分析

2．3．3 红外光谱及元素分析

2．3．4 紫外可见光谱分析

2．3．5 光电化学性能分析

2．3．6 模拟自然光辐照下光催化分解水制氢性能研究

2．3．7 荧光分析

2．4 本章小结

参考文献

3 反向金载二氧化钛纳米复合物的制备及其可见光辐照下分解水制氢性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．2 样品的合成

3．2．3 样品表征

3．2．4 光电性能测试

3．2．5 光催化分解水制取氢气

3．3 结果与讨论

3．3．1 样品相结构分析

3．3．2 样品形貌分析

3．3．3 样品的元素分析

3．3．4 可见光辐照下光催化分解水制氢性能研究

3．3．5 光电化学性能分析

3．3．6 紫外可见光谱分析

3．3．7 荧光分析

3．3．8 光催化分解水制氢机理探讨

3．4 本章小结

参考文献

4 反向金载氧化锌纳米复合物的制备及其可见光催化性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 药品与试剂

4．2．2 样品的合成

4．2．3 样品表征

4．2．4 光催化活性的评价

4．3 结果与讨论

4．3．1 样品相结构分析

4．3．2 样品形貌分析

4．3．3 样品的元素分析

4．3．4 紫外可见光谱分析

4．3．5 光催化性能测试

4．3．6 荧光分析

4．4 本章小结

参考文献

5 反向金载二氧化铈纳米复合物的制备及其可见光催化性能研究

5．1 绪论

5．2 实验部分

5．2．1 药品与试剂

5．2．2 样品的合成

5．2．3 样品表征

5．2．4 光催化活性的评价

5．3 结果与讨论

5．3．1 样品相结构分析

5．3．2 样品形貌分析

5．3．3 样品的元素分析

5．3．4 紫外可见光谱分析

5．3．5 光催化性能测试

5．3．6 荧光分析

5．4 本章小结

参考文献

6 反向金载二氧化锡纳米复合物的制备及其可见光催化性能研究

6．1 绪论

6．2 实验部分

6．2．1 药品与试剂

6．2．2 样品的合成

6．2．3 样品表征

6．2．4 光催化活性的评价

6．3 结果与讨论

6．3．1 样品相结构分析

6．3．2 样品形貌分析

6．3．3 样品的元素分析

6．3．4 紫外可见光谱分析

6．3．5 光催化性能测试

6．3．6 荧光分析

6．4 本章小结

参考文献

全文总结

创新点及展望

致谢

附录