MoS2 负载TiO2 纳米棒提高光催化制氢活性
TiO_2纳米管修饰镍电极及其光催化辅助电解水制氢性能研究

收稿日期:2012-01-09。
收修改稿日期:2012-04-24。
国家自然科学基金(No.20925621)和上海市科委纳米专项(No.1052nm02400)资助项目。
*通讯联系人。
E -mail :apchen@ ,Tel :(021)64250996TiO 2纳米管修饰镍电极及其光催化辅助电解水制氢性能研究何洪波常明陈爱平*马磊董海军李春忠(华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237)摘要:本文通过水热法制备二氧化钛纳米管(TiO 2NT),并用制备的TiO 2NT 对碱性电解水制氢装置的镍片阳极进行修饰,在电解水的基础上,通过光催化与电解过程的耦合,提出并实现了光催化辅助电解水制氢过程。
通过XRD 、UV -Vis 、FE -SEM 、AFM 和光催化辅助电解水制氢等方法对试样的结构和性能进行了表征和测试。
结果表明,在紫外光照条件下,用TiO 2NT 修饰镍片阳极的光催化辅助电解水过程的产氢速率比单纯电解水提高了61%。
关键词:TiO 2纳米管;镍电极修饰;电解水;光催化;制氢中图分类号:O614.41+1;TQ116.2+1文献标识码:A文章编号:1001-4861(2012)10-2097-06Nickel Anode Modified by TiO 2Nanotubes and PhotocatalyticallyAssisted Water Electrolysis for Hydrogen GenerationHE Hong -BoCHANG MingCHEN Ai -Ping *MA Lei DONG Hai -Jun LI Chun -Zhong(Key Laboratory for Ultrane Materials of Ministry of Education,School of Materials Science and Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China )Abstract:TiO 2nanotubes (TiO 2NT)were successfully synthesized by hydrothermal method.The TiO 2nanotubes were coated onto Ni anodes for water electrolysis.A new hydrogen generation process,called as water electrolysis assisted by photocatalysis (WEAP),was proposed based on the coupling of water electrolysis with photocatalytic hydrogen evolution.The samples were characterized by X -ray diffraction (XRD),UV -Vis absorption spectroscope,field emission scanning electron microscope (FESEM),atomic force microscope (AFM)and WEAP measurement.The results showed that the rate of hydrogen generation increased by 61%in WEAP with the anode modified with TiO 2NT in comparison with that in sole water electrolysis with unmodified Ni anode.Key words:TiO 2nanotubes;nickel anode modification;water electrolysis;photocatalysis;hydrogen generation能源危机和环境污染是当今社会发展面临的严峻挑战。
影响TiO_2光催化活性的因素及提高其活性的措施

measures improving its potocatalytic perf ormance REN Cheng2jun1 ,3 ,L I Da2cheng2 ,ZHON G Ben2he1 ,ZHOU Da2li2 ,L IU Heng2 , GON G J ia2zhu4
粒径/ nm
包含的原子 总数/ 个
表面原子所占 比例/ %
20
2. 5 ×105
10
10
3. 0 ×104
20
5
4. 0 ×103
40
2
2. 5 ×102
80
1
30
90
超微粒子的表面效应愈显著 ,一方面吸收光
能愈多 ,产生的 e - - h + 对密度愈大 ;另一方面吸
附的反应物也愈多 ,被氧化或还原的物质浓度也
·19 ·
器 ; (5) 外加辅助能量场的情况 。
1 影响 TiO2 光催化活性的因素及 提高其活性的措施
1. 1 TiO2 本身的性质 1. 1. 1 TiO2 的晶相[1 ]
无定形和板钛矿相 TiO2 无光催化性能 。金 红石型 TiO2 的光催化能力很差 。锐钛型 TiO2 具 有优良的光催化活性 ,约为金红石型 TiO2 的 300 ~2000 倍[2 ] 。这是由于 : (i) 锐钛型 TiO2 属亚稳 态结构 ,其晶体结构不如金红石型 TiO2 紧密和稳 定 ,因而较为活泼 ; (ii) 锐钛型 TiO2 的带隙能 (3. 2ev) 比金红石型的带隙能 3. 0ev) 要大 0. 2ev ,这 就意味着前者的能级比后者高 ,因而价带和导带 的氧化/ 还原能力比后者强 。事实上 ,除纯 TiO2 (A) 外 ,由大部分锐钛型 (约占 70~80 %) 与小部 分金红石型 (约 30~20 %) 组成的混晶也有很好 的光催化活性 。其典型代表如德国 Degussa P 25 (主含量 TiO2 > 99. 5 % ,平均粒径 21nm ,比表 积 50 ±15m2/ g ,80 % TiO2 (A) + 20 % TiO2 ( R) 的 混晶型 ,密度约 3. 7g/ cm3) ,常被世界上许多研究 小组作为光催化反应的标准物质进行参照对
纳米TiO2光催化剂负载技术研究

纳米TiO2光催化剂负载技术研究纳米TiO2光催化剂负载技术研究摘要:纳米TiO2作为一种新型的光催化剂,具有优异的光催化性能和广泛的应用潜力。
然而,TiO2的低光催化效率和易团聚的特性限制了其在实际应用中的发展。
因此,研究纳米TiO2的负载技术成为提高其催化性能的有效途径。
本文通过综述近年来纳米TiO2光催化剂负载技术的研究进展,包括负载载体的选择、负载方法的优劣比较以及负载剂对催化剂性能的影响等方面进行综合分析,并对未来的研究方向进行展望。
关键词:纳米TiO2;光催化剂;负载技术;载体;负载方法;性能影响一、引言纳米TiO2作为一种重要的光催化剂,具有较宽的能带间隙、优异的化学稳定性和可靠的安全性,被广泛应用于环境治理、水处理、废气净化等领域。
然而,TiO2的低光催化效率和易团聚的特性限制了其在实际应用中的发展。
因此,研究纳米TiO2的负载技术成为提高其催化性能的重要途径。
二、负载载体的选择1. 硅胶载体硅胶具有高比表面积、孔隙结构丰富等优点,适合用作纳米TiO2的负载载体。
通过调控硅胶的孔隙大小和分布,可以实现对纳米TiO2颗粒的尺寸和分散性的调控。
2. 活性炭载体活性炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构,具备良好的吸附性能和对有机污染物的降解作用。
将纳米TiO2负载在活性炭上,可以提高催化剂的稳定性和催化活性。
3. 二氧化硅载体二氧化硅是一种常见的纳米载体,具有良好的耐高温性、低比表面积和优异的光学性能。
将纳米TiO2负载在二氧化硅上,可以提高催化剂的稳定性和光催化性能。
三、负载方法的优劣比较1. 浸渍法浸渍法是一种简单易行、成本低廉的负载方法。
将载体浸泡在含有纳米TiO2颗粒的溶液中,通过静置或搅拌使纳米TiO2颗粒吸附在载体表面。
然而,浸渍法存在负载均匀性差、纳米颗粒易聚集等不足之处。
2. 沉积法沉积法是一种基于化学反应的负载方法,通过在载体表面生成一层纳米TiO2的沉积物。
沉积法可以实现对负载均匀性的精确控制,但对反应条件、沉积剂以及沉积时间等因素的控制要求较高。
负载纳米TiO2催化剂上光解气相甲醇制氢

负载纳米TiO2催化剂上光解气相甲醇制氢崔文权;冯良荣;徐成华;吕绍洁;邱发礼【期刊名称】《石油化工》【年(卷),期】2004(033)0z1【摘要】制备了负载型Pt/TiO2、Ru/TiO2、Rh/TiO2、Pd/TiO2以及Bi2S3/TiO2光催化剂.在气相连续流动装置中考察了催化剂光解气相甲醇的活性.实验结果表明,TiO2负载贵金属的光催化剂活性大小顺序为:Pt/TiO2>Pd/TiO2>Rh/TiO2>Ru/TiO2,这个顺序与上述金属的d轨道百分数(d%)的大小顺序相关联.Bi2S3/TiO2光催化剂,随着负载TiO2粒度的减小,光催化活性增高,其中30 nm 的Bi2S3/TiO2催化剂的光催化活性最好.【总页数】3页(P1258-1260)【作者】崔文权;冯良荣;徐成华;吕绍洁;邱发礼【作者单位】中国科学院,成都有机化学研究所,四川,成都,610041;中国科学院,成都有机化学研究所,四川,成都,610041;中国科学院,成都有机化学研究所,四川,成都,610041;中国科学院,成都有机化学研究所,四川,成都,610041;中国科学院,成都有机化学研究所,四川,成都,610041【正文语种】中文【中图分类】O643【相关文献】1.负载铟氧化物催化剂催化甲醇重整制氢的性能研究 [J], 徐艳;柴委;刘迪;徐晋鸣;曾孟琦;欧宝毅;林联伙;王金果2.甲醇气相羰基化新型镍催化剂的研究Ⅰ酚醛树脂基活性炭负载镍催化剂的制备[J], 王云海;赵景联3.用于甲醇水溶液制氢的光催化剂纳米TiO2的改性进展 [J], 崔文权;冯良荣;徐成华;吕绍洁;邱发礼4.负载型金属催化剂上甲醇液相重整制氢研究 [J], 徐凯; 徐润; 夏国富; 胡志海5.负载Cu—Zn催化剂的碳纳米管用于甲醇部分氧化制氢 [J], 刘晓霞(译)因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
纳米tio2光催化剂负载技术研究

纳米tio2光催化剂负载技术研究纳米 TiO2 光催化剂负载技术纳米 TiO2 是一种具有优异光催化活性和化学稳定性的无机半导体材料,在光催化降解有机污染物、水净化、空气净化等领域具有广泛应用前景。
然而,纳米 TiO2 粉体容易团聚,导致其光催化活性降低。
负载技术通过将纳米 TiO2 分散在特定载体表面,可有效解决团聚问题,提升光催化性能。
负载技术类型纳米 TiO2 负载技术主要分为物理负载和化学负载。
物理负载通过简单的物理作用将纳米 TiO2 吸附或沉积在载体表面,而化学负载则通过化学键合或配位作用将纳米 TiO2 固定在载体表面。
物理负载技术浸渍法:将载体浸入纳米 TiO2 溶液中,待溶液渗透载体孔隙后,通过干燥和热处理去除溶剂,将纳米 TiO2 固定在载体表面。
湿法沉积法:在载体表面形成一层金属氧化物或氢氧化物层,然后通过化学反应将纳米 TiO2 沉积在该层上。
熔融浸渍法:将载体浸入熔融的纳米 TiO2 中,待载体表面吸附足够量的纳米 TiO2 后,取出并冷却。
化学负载技术溶胶-凝胶法:将纳米 TiO2 前驱体与载体一起混合,形成溶胶或凝胶,然后通过热处理将前驱体转化为纳米 TiO2。
化学气相沉积法:将纳米 TiO2 前驱体气体引入载体表面,在催化剂作用下发生化学反应,形成纳米 TiO2 薄膜。
原子层沉积法:通过逐层沉积纳米 TiO2 前驱体,形成高度均匀的纳米 TiO2 薄膜。
影响因素影响纳米 TiO2 光催化剂负载性能的因素主要包括:载体性质:载体的比表面积、孔径、表面官能团等性质影响纳米 TiO2 的分散度和活性。
纳米 TiO2 粒径:粒径越小,比表面积越大,光催化活性越高。
负载量:负载量过低会导致纳米 TiO2 分散不足,过多则会遮挡载体表面活性位点。
负载方法:不同的负载方法会导致纳米 TiO2 在载体表面的分布和形态不同,影响光催化性能。
应用负载纳米 TiO2 光催化剂已广泛应用于:有机污染物降解:去除废水和废气中的有机污染物。
金红石相TiO_2纳米棒的氢化处理及其光催化活性

金红石相TiO_2纳米棒的氢化处理及其光催化活性
佚名
【期刊名称】《钛工业进展》
【年(卷),期】2015(32)1
【摘要】表面光电压谱(SPS)技术越来越多地应用于研究固体材料的表面物理性质和相间电荷转移过程,可以得到材料中光生电荷的基本属性。
为了得到具有缺陷结构的二氧化钛的表面光电荷性质,黑龙江大学崔海琴等人对金红石相二氧化钛纳米棒样品进行了氢化处理,并利用表面光电压技术研究了样品的光生电荷属性及分离状况,初步探讨了光催化活性提高的机制。
【总页数】1页(P47-47)
【关键词】光催化活性;氢化处理;纳米棒;表面物理性质;表面光电压谱;电荷性质;固体材料;二氧化钛
【正文语种】中文
【中图分类】O643.36
【相关文献】
1.WO_3/TiO_2纳米棒复合材料的制备及其光催化活性 [J], 刘阳;王晟;王驹;许章炼;陈文兴;蒋杰;韦坚红
2.掺杂氧化铝对金红石相纳米TiO2微结构和光催化活性的影响 [J], 姚超;高国生;林西平;杨绪杰;陆路德;汪信
3.金红石相TiO2纳米棒的氢化处理及其光催化活性 [J], 崔海琴;井立强;谢明政;李志君
4.低温水热合成棒状金红石型纳米TiO_2及光催化活性研究 [J], 李海霞;殷德宏;张艳;鲁金明;杨建华;王金渠
5.高活性多壁碳纳米管/TiO_2纳米复合物光催化剂光催化降解活性黑5染料(英文) [J], Sharifah Bee Abd Hamid;Tong Ling Tan;Chin Wei Lai;Emy Marlina Samsudin
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《负载型TiO2纳米催化材料的制备与催化性能的研究》范文
《负载型TiO2纳米催化材料的制备与催化性能的研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展,环境污染问题日益严重,因此,寻找高效、环保的催化剂成为了科研领域的重要课题。
其中,负载型TiO2纳米催化材料因其具有优异的催化性能和良好的稳定性,在光催化、电催化等领域得到了广泛的应用。
本文旨在研究负载型TiO2纳米催化材料的制备方法及其催化性能,为实际应用提供理论依据。
二、负载型TiO2纳米催化材料的制备1. 材料选择与准备制备负载型TiO2纳米催化材料需要的主要原料为钛源(如钛酸四丁酯)和载体(如硅胶、氧化铝等)。
此外,还需准备溶剂、表面活性剂等辅助材料。
2. 制备方法本文采用溶胶-凝胶法结合浸渍法来制备负载型TiO2纳米催化材料。
具体步骤如下:(1)将钛源溶于溶剂中,加入表面活性剂,制备出均匀的钛源溶液;(2)将载体浸入钛源溶液中,使钛源均匀地负载在载体上;(3)将负载后的载体进行干燥、煅烧等处理,得到负载型TiO2纳米催化材料。
三、催化性能研究1. 实验方法为了研究负载型TiO2纳米催化材料的催化性能,我们采用光催化降解有机污染物作为实验方法。
具体地,我们选择了甲基橙作为目标降解物,通过测定降解前后的吸光度来评价催化剂的活性。
2. 结果与讨论(1)催化剂的表征通过XRD、SEM、TEM等手段对制备得到的负载型TiO2纳米催化材料进行表征。
结果表明,催化剂具有较高的结晶度和良好的分散性。
(2)催化剂的活性评价在光催化降解甲基橙的实验中,我们发现负载型TiO2纳米催化材料具有较高的催化活性。
在相同条件下,与商业P25相比,我们的催化剂在较短的时间内实现了更高的降解率。
这表明我们的催化剂具有优异的催化性能。
(3)催化剂的稳定性测试为了研究催化剂的稳定性,我们进行了多次循环实验。
结果表明,负载型TiO2纳米催化材料具有良好的稳定性,经过多次循环使用后,其催化活性没有明显降低。
这表明我们的催化剂具有较长的使用寿命。
纳米TiO_2的负载化及其在环境光催化中的应用
第21卷第11期应用化学V ol.21N o.112004年11月 CHI NESE JOURNA L OF APP LIE D CHE MISTRY N ov.2004纳米TiO2的负载化及其在环境光催化中的应用卢晓平 戴文新 王绪绪3 付贤智(福州大学光催化研究所 福州350002)摘 要 介绍了近年来关于负载型纳米T iO2光催化剂的制备研究进展,综述了负载化T iO2光催化剂在环境治理、卫生保健和军事防化等领域的应用;并初步探讨了目前纳米T iO2负载化研究及其应用中所存在的问题,认为提高T iO2的负载化技术、将光催化技术与吸附、生物处理等其他技术复合是扩展T iO2光催化应用的主要研究方向。
关键词 纳米T iO2光催化剂,负载化,环境光催化,综述中图分类号:O614.4 文献标识码:A 文章编号:100020518(2004)1121087206T iO2半导体多相光催化剂由于能够通过太阳光或紫外光在常温下深度氧化有机污染物并兼灭菌、抗雾和自清洁等功能,自20世纪90年代起已经在多个领域得到广泛的研究和应用[1,2]。
T iO2的负载化是T iO2光催化剂得以在各领域应用的基础,相关研究倍受重视,并时有相应的研究进展报道。
这些报道或专述了T iO2催化剂的负载方法[3]、或介绍T iO2了负载化技术在某一具体应用领域中的研究进展[4]。
但关于载体、负载方法及其在环境光催化应用方面的综合性报道却较少。
在本文中作者结合自己的应用研究,总结了近年来国内外纳米T iO2负载化技术的研究进展及其在环境治理、卫生保健和军事防化等领域中的应用,并初步讨论了该研究在实际开发过程中所存在的问题,对T iO2负载化的应用前景进行了展望。
1 纳米T iO2光催化剂的负载化负载型纳米T iO2光催化剂的性能在很大程度上取决于其制备工艺———负载化,而负载化过程可从T iO2活性组分的负载方法和载体的选择2方面来描述。
MoS2/TiO2复合催化剂的制备及其在紫外光下的光催化制氢活性
中科 院标 准 与检 测 重 点实 验 室 , 中科 院纳 米 科 学卓 越 创 新 中心 , 国家 纳 米 科 学 中心 ,北 京 1 0 0 1 9 0 )
摘要 :为 了研究复合光催化剂在光催化中的制氢效率,采用水热法制备 了Mo S 2 纳米片,然 后通 过水 热法在
Mo B 2 纳米片上负载 了1 1 O 2 纳米颗粒 ,形成 了Mo S 2 / T i O 2 异质 结复合催化剂 。采用冷场发 射扫描 电子显微镜
( F E - SE M) 、透射 电子 显微 镜( T E M) 、X 射线 衍射( X R D) 、紫外- 可 见吸收光谱( U V - V i s ) 、拉曼光谱( R a ma n ) ,
物 理化学 学 ̄ E ( W u l i Hu a x u e Xu e b a o 1
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Ac t a
. 一 C . S i n . 2 0 1 7 , 3 3 ( 7 ) , 1 4 9 2 — 1 4 9 8
J u l y
[ A r t i c l e ]
c a t a l y s t wer e c h ar a c t er i z e d an d a n a l y z e d b y f i e l d - e mi s s i on s c a n n i n g el e c t r on mi c r o s c o p y , h i gh - r es o l u t i o n t r a ns mi s s i on e l ec t r o n mi c r o s c o p y , X— r a y p o wd e r di fr a c t i on , UV - Vi s a b s or p t i o n s p ec t r a , Ra ma n
S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢的开题报告
S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢的开题报告题目:S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢摘要:本研究旨在制备一种S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂,并研究其光催化分解水制氢的性能。
首先,采用水热法制备TiO2纳米颗粒,然后通过化学还原法制备石墨烯氧化物(GO),并将其还原得到石墨烯(GR)。
接着,将S掺杂的TiO2和石墨烯混合制备成复合催化剂。
最后,使用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂进行表征,并测试其光催化分解水制氢的效率。
关键词:S掺杂TiO2、石墨烯、光催化、分解水、制氢一、研究背景分解水制氢是一种环保、可持续的能源获取方式,被广泛研究。
光催化分解水是其中一种方法,它利用光催化剂吸收太阳能并促进水的分解,产生氢气。
TiO2作为一种常用的光催化剂,由于其优良的光催化性能和可循环使用等特点,在分解水制氢中得到了广泛应用。
然而,TiO2也存在一些问题,例如其带隙宽度大、光吸收范围窄等。
为了提高TiO2的光催化性能,许多学者尝试利用掺杂和复合等方法改性TiO2。
石墨烯具有极高的电导率和表面积,可增强TiO2的光催化性能。
同时,S掺杂的TiO2具有更窄的带隙和更好的光吸收性能,可进一步提高光催化分解水制氢的效率。
因此,研究S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂在光催化分解水制氢中的应用具有重要意义。
二、研究目的本研究的目的是制备一种S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂,并研究其光催化分解水制氢的性能。
三、研究内容和方法3.1催化剂制备3.1.1制备TiO2纳米颗粒:采用水热法制备TiO2纳米颗粒。
3.1.2制备石墨烯氧化物(GO):采用化学还原法制备石墨烯氧化物(GO)。
3.1.3制备石墨烯(GR):将石墨烯氧化物还原得到石墨烯(GR)。
3.1.4制备S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂:将S掺杂的TiO2和石墨烯混合制备成复合催化剂。
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第29卷第5期化㊀学㊀研㊀究Vol.29㊀No.52018年9月CHEMICAL㊀RESEARCHSep.2018MoS2负载TiO2纳米棒提高光催化制氢活性刘㊀梅,王雁鸿,陈㊀威∗,毛立群(河南大学化学化工学院,河南开封475004)摘㊀要:光解水制氢技术是解决能源环境问题的理想途径.本研究采用水热法及离子交换法制备出TiO2纳米棒,再用水热法将MoS2担载到TiO2表面制备MoS2/TiO2复合光催化剂.通过X射线衍射㊁紫外可见漫反射光谱和电镜对MoS2/TiO2进行表征.结果表明水热合成的锐钛矿TiO2为棒状结构,负载并未改变TiO2的晶型和形貌.活性测试表明,负载MoS2后,TiO2产生的光生电子能迅速传递到MoS2表面,抑制了光生电子⁃空穴的复合,从而显著提高产氢活性.当负载量为0.5%(w)时活性最高,为545.6μmol/h,达到未负载MoS2时的4.2倍.关键词:光催化;产氢;TiO2;MoS2;负载中图分类号:O643文献标志码:A文章编号:1008-1011(2018)05-0512-04MoS2asacocatalystonTiO2nanorodforhighlyefficienthydrogenevolutionLIUMei WANGYanhong CHENWei∗ MAOLiqunCollegeofChemistryandChemicalEngineering HenanUniversity Kaifeng475004 Henan ChinaAbstract Photocatalyticwatersplittingforhydrogenisanidealwaytosolveenvironmentalandenergycrisisproblems.Inthispaper,TiO2nanorodwaspreparedbyahydrothermalandionexchangemethods.Then,MoS2asacocatalystloadedTiO2nanorodbyahydrothermalmethod.ThesampleswerecharacterizedbyX⁃raydiffraction,UV⁃Visdiffusereflectancespectroscopyandtransmissionelectronmicroscopy.TheresultsshowthatanataseTiO2synthesizedbythehydrothermalmethodappearsasarod⁃likestructure,andtheloadingdoesnotchangethecrystalstructureandmorphologyofTiO2.TheactivitytestofhydrogenproductionshowsthatthephotogeneratedelectronsproducedbyTiO2cantransfertothesurfaceofMoS2rapidlyaftertheMoS2wasloadedonTiO2,whichsuppressestherecombinationofphotogeneratedelectronsandholes,thusimprovingthehydrogenproductionactivityofTiO2.The5%MoS2/TiO2possessesthehighestphotocatalytichydrogenevolutionactivity,reaching545.6μmol/h,whichis4.2timesofnakedTiO2.Keywords:photocatalysis;hydrogenevolution;TiO2;MoS2;loading收稿日期:2018-06-20.基金项目:河南省科技计划国际合作(162102410011),国家自然科学基金(51602091),河南省自然科学基金(182300410205).作者简介:刘㊀梅(1993-),女,硕士研究生,研究方向为能源催化技术.∗通讯联系人,E⁃mail:chanwee@henu.edu.cn.㊀㊀二十世纪七十年代日本学者[1]发现在光催化剂的参与下,利用太阳能可以分解水产生清洁的氢能,从而为氢能的开发提供了一条重要的技术路线.高活性光催化材料的合成是光催化分解水制氢技术的核心.TiO2由于其安全无毒㊁稳定性好㊁价格低廉等优点被认为是最佳的光催化材料之一,被广泛应用于光催化领域[2-3].然而其光生电子和空穴很容易在体相和表面复合致其活性较差.为抑制TiO2的表面复合,将Pt,Pd,Au等贵金属作为助催化剂负载在TiO2表面.贵金属助剂在TiO2表面形成肖特基结,促使电子快速地从TiO2传递到助剂上,达到光生电子和空穴的快速分离,提高催化活性[4].然而Pt,Pd,Au贵金属材料价格昂贵,其使用必不能满足未来大规模制氢的要求,开发高活性,廉价助催化剂仍是光催化研究的重要课题之一.二维硫化物材料MoS2是一种窄带隙半导体,第5期刘㊀梅等:MoS2负载TiO2纳米棒提高光催化制氢活性513㊀其带隙约为1.8 1.9eV[5].最近研究发现MoS2与宽带隙光催化材料复合后能与之形成异质结,使得电子快速地从宽带隙光催化材料传递到MoS2上,提高光生载流子的分离效率,而且MoS2具有较低的析氢过电位,可进一步提高产氢量[6-9].此外,MoS2为非贵金属硫化物,廉价易得,对降低催化成本具有重要意义.本文以制备廉价,高活性的光催化产氢材料为目标,将MoS2负载到TiO2纳米棒上,制备了不同MoS2负载量的MoS2/TiO2的复合光催化剂,考察了负载MoS2后对TiO2的形貌及产氢活性的影响,并讨论了MoS2提高光催化产氢活性的机理.1㊀实验部分1.1㊀光催化剂的制备TiO2纳米棒的制备:0.4gP25加入到35mL10mol/L的NaOH溶液中,室温下搅拌1h后,将悬浊液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中140ħ水热反应60h.水热后将反应釜中的样品反复水洗以除去未反应的NaOH,然后60ħ干燥10h获得Na2Ti3O7.随后1.0gNa2Ti3O7放入200mL0.1mol/LHCl中浸泡48h进行离子交换,将反复水洗后的样品60ħ干燥10h获得H2Ti3O7.将制备得到的H2Ti3O7在马弗炉中以5ħ/min的升温速率升至500ħ焙烧2h得到TiO2纳米棒.MoS2/TiO2的制备(以3%MoS2/TiO2的制备为例):取4.54mL1g/LNa2MoO4水溶液以及4.54mL2g/L硫脲水溶液加入到50mL的烧杯中,然后加入0.1gTiO2纳米棒,再加入20mL水,搅拌0.5h.将悬浊液转移到50mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热釜中200ħ水热24h,抽滤,洗涤,烘干获得MoS2/TiO2.纯的MoS2的制备与此方法相同,只是不加入TiO2.1.2㊀催化剂表征应用德国Bruker⁃AXS公司SMARTAPEXIIX射线粉末衍射仪(CuKα靶,λ=0.15406nm,40kV,40mA)进行X射线粉末衍射表征.使用美国PerkinelmerPE公司的Lambda950紫外⁃可见⁃近红外分光光度计(带积分球)对粉末光催化材料进行紫外⁃可见漫反射(DRS)的测定,以表征催化剂的吸光能力及估算带隙.材料的表面形貌由日本电子公司JSM⁃7610F场发射扫描电镜(FE⁃SEM)的测定表征.TEM测试由日本JEM⁃2100F电镜完成.1.3㊀产氢活性测试光催化分解水制氢测试在自制的真空检测平台上进行,反应器为自制的派克斯玻璃反应器.反应时取0.05g光催化材料和70mL含10%甲醇的水溶液加入反应器中,在真空系统下抽成真空后放在300W氙灯下照射,此时分解水产生的氢气扩散到反应器中,反应一段时间(1h)后将反应器连接到真空系统上进行检测,反应的气体量由在线的GC⁃9560气相色谱(上海华爱公司)定量检测.气相色谱使用氩气作为载气,TCD检测器,柱温60ħ,TCD温度为80ħ,色谱柱为5A分子筛.2㊀实验结果与讨论2.1㊀XRD和SEM表征图1为MoS2㊁MoS2/TiO2和TiO2的XRD图.由图可知,TiO2的衍射峰均可归属于锐钛矿相,且衍射峰峰型尖锐,表明其结晶度较高.MoS2的衍射峰显示其晶型为六方晶型,峰型宽化说明制备的MoS2结晶度较低.负载MoS2后的XRD主要衍射峰峰位基本相同,并且没有出现可归属于MoS2的特征衍射峰,这可能因为MoS2结晶度较低且负载量比较少.图2为TiO2,MoS2和MoS2/TiO2的SEM图.可以看出,TiO2为棒状结构,其长度小于100nm,MoS2为二维片状结构.MoS2/TiO2复合物整体表现为TiO2形貌,不能区分出表面的MoS2.这一方面是因为分辨率较低,另一方面是因为MoS2为薄片,附着在TiO2上造成二者区分度较低.图1㊀MoS2㊁MoS2/TiO2㊁TiO2的XRD图Fig.1㊀XRDpatternsofMoS2㊁MoS2/TiO2㊁TiO22.2㊀紫外⁃可见漫反射光谱分析(UV⁃VisDRS)图3为TiO2㊁MoS2/TiO2和MoS2的紫外⁃可见漫反射光谱图(DRS).DRS光谱图所代表的是催化剂对光的吸收能力和带隙,其吸收边界的光波长越长,则带隙越窄,吸收边界λ与带隙Eg满足λ=1240/Eg.由图可知,TiO2吸收边在390nm左右,其带隙约为3.18eV,为典型的锐钛矿的吸收边[3].MoS2/TiO2样品吸收边没有明显改变,但在大于400nm处出现明显的吸收,MoS2的带隙约为1.2eV,其514㊀化㊀学㊀研㊀究2018年图2㊀TiO2(a),MoS2(b)和MoS2/TiO2(c)的SEM图Fig.2㊀SEMimagesofTiO2(a),MoS2(b),MoS2/TiO2(c)吸收边界在1033nm附近,因此复合物的拖尾应归于MoS2对光的吸收.图3㊀TiO2和MoS2/TiO2的紫外⁃可见漫反射光谱图Fig.3㊀UV⁃VisDRSspectraofTiO2and5%MoS2/TiO22.3㊀微观形貌分析图4分别为TiO2的透射电镜图(a)和其高分辨率透射电镜图(b),MoS2/TiO2的透射电镜图(c)和其高分辨率透射电镜图(d).由图4(a)可知,TiO2样品为棒状结构,其长度大多为50nm左右,直径约10nm左右.由图4(b)高分辨透射电镜可观察到两种晶面间距分别为0.35和0.24nm的晶格条纹,对应于TiO2的(101)㊁(103)晶面.由图4(c)可知,TiO2表面担载助催化剂呈片状结构且分布较均匀,粒径在20nm左右.从图4(d)高分辨透射电镜可看到两种晶面间距分别为0.35和0.62nm的晶格条纹,对应于TiO2的(101)面和MoS2的(002)面.此外,从图4(d)中也可以看出光催化剂TiO2和助催化剂MoS2之间接触良好,这使得光生电子可以快速迁移到MoS2纳米片上,缩短了电荷传输距离,进而提高光催化效率.2.4㊀MoS2的负载对光催化活性的影响图5为MoS2/TiO2的产氢活性图.可以看出没有MoS2负载时,TiO2产氢活性较低,仅为131μmol/h,当负载MoS2后反应活性迅速增加,当负载量为0.25%时其制氢活性达到515.3μmol/h,为未图4㊀(a)TiO2,(c)MoS2/TiO2的透射电镜图和(b)TiO2,(d)MoS2/TiO2的高分辨图Fig.4㊀TEMimagesof(a)TiO2,(c)MoS2/TiO2andHR⁃TEMimagesof(b)TiO2,(d)MoS2/TiO2负载的4倍.这是因为负载前TiO2表面产氢活性位较少,光生电子空穴很容易在表面复合使得活性不高,负载后由于MoS2的导带电位比TiO2的导带电位更正[6],所以光生电子很容易从TiO2的导带电位转移到MoS2的导带电位并在此处将氢离子还原为氢气(示意图6),降低了TiO2表面光生载流子的复合几率,提高了光催化活性.随着MoS2负载量的增加其催化活性略微增加,当负载量为0.5%时活性最高,为545.6μmol/h,当负载量超过1%时产氢活性下降,负载量为5%时产氢活性仅为未负载的1.4倍.这是因为当负载量过多时,大量的MoS2覆盖在TiO2的表面从而阻碍TiO2对光的利用造成活性下降[10].为考察MoS2/TiO2的产氢稳定性,对催化剂进行了连续产氢实验测试.如图7所示,在反应的12h内产氢活性并没有出现明显的下降,表明催化剂具有良好的稳定性.另外,在12h内共产生氢气5990μmol,超过了催化剂的使用量(约1250μmol),表明此反应为光催化反应而不是化学牺牲第5期刘㊀梅等:MoS2负载TiO2纳米棒提高光催化制氢活性515㊀反应.图5㊀不同MoS2负载量的MoS2/TiO2制氢活性Fig.5㊀HydrogenproductionactivityofMoS2/TiO2indifferentMoS2contents图6㊀MoS2/TiO2复合光催化剂的产氢机理图Fig.6㊀HydrogenproductionmechanismofMoS2/TiO2compositephotocatalyst实验条件:0.05g催化剂,λ>300nm,光源:300W氙灯,70mL20%甲醇⁃水溶液.图7㊀0.5%MoS2/TiO2的产氢量与时间的关系图Fig.7㊀Timecourseofhydrogenevolutionon0.5%MoS2/TiO23㊀结论以P25为原料采用水热法合成了锐钛矿TiO2纳米棒并以水热法负载MoS2到TiO2纳米棒上.负载并未改变TiO2的晶型和形貌,仍为棒状锐钛矿结构.产氢活性测试表明,MoS2的负载能显著提高其产氢活性,当负载量为0.5%时活性最高,达到545.6μmol/h,为未负载时的4.2倍,这是因为MoS2作为活性位有效抑制了光生载流子的复合.参考文献:[1]FUJISHIMAA,HONDAK.Electrochemicalphotolysisofwateratasemiconductorelectrode[J].Nature,1972,238(5358):37-38.[2]陈威,王慧,毛立群,等.光催化完全分解水制氢研究进展[J].化学研究,2014,25(3):201-208.CHENW,WANGH,MAOLQ,etal.Progressofphotocatalyticoverallwatersplittingforhydrogenevolution[J].ChemicalResearch,2014,25(3):201-208.[3]ZHANGP,ZHANGJ,GONGJL.Tantalum⁃basedsemiconductorsforsolarwatersplitting[J].Cheminform,2014,45(34):4395-4422.[4]YANGJH,WANGDG,HANHX,etal.Rolesofcocatalystsinphotocatalysisandphotoelectrocatalysis[J].AccountsofChemicalResearch,2013,46(8):1900-1909.[5]ZHANGX,LAIZ,TANC,etal.Solution⁃processedtwo⁃dimensionalMoS2nanosheets:preparation,hybridization,andapplications[J].Cheminform,2016,47(38):8816-8838.[6]LIY,WANGH,PENGS.TunablephotodepositionofMoS2ontoacompositeofreducedgrapheneoxideandCdSforsynergicphotocatalytichydrogengeneration[J].JournalofPhysicalChemistryC,2014,118(34):19842-19848.[7]ZONGX,YANH,WUG,etal.EnhancementofphotocatalyticH2evolutiononCdSbyloadingMoS2ascocatalystundervisiblelightirradiation[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety,2008,130(23):7176-7177.[8]YINXL,LILL,JIANGWJ,etal.MoS2/CdSnanosheets⁃on⁃nanorodheterostructureforhighlyefficientphotocatalyticH2generationundervisiblelightirradiation[J].ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8(24):15258-15266.[9]CHANGK,LIM,WANGT,etal.Drasticlayernumber⁃dependentactivityenhancementinphotocata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