浅析硫化锌TiO_2和ZnO基一维纳米材料光催化甘油水溶液制氢性能

论文导读：ZnO/ZnS核壳纳米结构242.2纳米催化剂的表征策略24-252.2.1X射线衍射浅析(XRD)242.2.2X射线光电子能谱(XPS)242.2.3场发射扫描电子显微镜图像(SEM)242.2.4透射电子显微镜图像(TEM)24-252.2.5紫外可见漫反12下一页
摘要：本论文采取溶胶-凝胶法制备了P，Bi掺杂的TiO_2纳米颗粒，以此为前驱体通过水热法制备了相应的纳米管。采取低温水浴法制备了ZnO纳米棒，以此为前驱体通过表面化学改性法制备了不同S/O比、不同壳层厚度的ZnO/ZnS核壳纳米棒。采取SEM，TEM，N2吸附-脱附，XRD，Raman，UV-Vis等策略对纳米材料表面形貌、组成、结构、光吸收性能进行了表征，考察了纳米材料在紫外光和模拟太阳光下光催化分解甘油水溶液制氢反应活性，并探讨了光催化剂的能带结构和光催化水分解制氢的反应机理。探讨结果表明：P，Bi掺杂后的TiO_2为具有介孔结构的纳米颗粒，仍保持了锐钛矿晶型，但其晶粒变小，比表面积增大；P，Bi掺杂将在TiO_2禁带内引入杂质能级，降低了禁带能量，增加光生电子和空穴的分离性能，有利于提升TiO_2的吸光性能，使其吸光域扩展至可见光区；P，Bi掺杂的TiO_2纳米颗粒显示出远高于纯TiO_2的光催化甘油水溶液制氢性能，而改性TiO_2纳米材料的形貌对制氢产率也有很大影响，纳米管由于具有更大的比表面积，特殊的管道结构，增加了光生载流子的迁移速度和分离效率，其制氢产率要显著高于纳米颗粒；对于P掺杂的TiO_2纳米材料系统，2%P掺杂的TiO_2纳米管具有最高的光催化反应性能，在模拟太阳光照射下最大产氢速率为316μmol/h·g；在Bi掺杂的TiO_2纳米材料系统中，2%Bi掺杂的TiO_2纳米管具有最高的光催化反应性能，在模拟太阳光照射下最大产氢速率可达524μmol/h·g；P和Bi的掺杂量过高时，磷氧化物或铋氧化物将在表面聚集，成为光生电子和空穴的复合中心，降低纳米材料的光吸收性能和光催化反应性能。ZnO/ZnS核壳纳米棒是由直径为100nm、长度为几百纳米至几微米的ZnO核以及由沉积了约12nm的ZnS壳层组成；核壳结构的形成显著的增加了ZnO纳米棒的比表面积和孔容，增强了化学吸附水的能力；ZnO核与ZnS壳层之间形成了n-p异质结，提升了纳米棒材料的可见光区光吸收性能；ZnS壳层的有着显著改善了ZnO纳米棒的光催化制氢性能，ZnS壳层厚度对光催化性能有很大影响，ZnO/ZnS-0.6的纳米棒材料具有最佳的光催化制氢活性，在紫外光照射下最大产氢速率可达2608.7μmol/h·g，可见光照射下最大产氢速率可达388.4μmol/h·g。关键词：二氧化钛论文氧化锌-硫化锌论文纳米材料论文核壳论文光催化论文制氢论文
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ABSTRACT4-8
第一章 文献综述8-23

1.1 探讨背景及作用8-9

1.2 光催化分解水制氢涉及的基本不足9-14

1.2.1 光催化分解水制氢原理9-11

1.2.2 光催化分解水制氢探讨近况11-14

1.3 纳米材料和纳米结构概述14-17

1.3.1 纳米材料和纳米结构14-16

1.3.2 纳米材料的国内外探讨近况16

1.3.3 核壳纳米结构在光催化中的运用16-17

1.4 TiO_2纳米管的探讨近况17-19

1.4.1 TiO_2纳米管的制备策略17-19

1.4.2 TiO_2纳米管的形成机理19

1.5 ZnO纳米材料的探讨近况19-21

1.5.1 纳米ZnO的晶体结构19-20

1.5.2 表面活性剂在纳米ZnO制备中的运用20-21

1.6 本论文的探讨目的、探讨内容和革新点21-23

1.6.1 探讨目的21

1.6.2 探讨内容21-22

1.6.3 革新点22-23

第二章 实验策略23-27

2.1 纳米TiO_2和ZnO系列催化剂的制备策略23-24

2.

1.1 溶胶-凝胶法制备TiO_2纳米颗粒23

2.

1.2 水热合成制备TiO_2纳米管23

2.

1.3 低温水浴法制备ZnO纳米棒23-24

2.

1.4 离子交换法制备ZnO/ZnS核壳纳米结构24

2.2 纳米催化剂的表征策略24-25

2.1 X射线衍射浅析(XRD)24

2.2 X射线光电子能谱(XPS)24

2.3 场发射扫描电子显微镜图像(SEM)24

2.4 透射电子显微镜图像(TEM)24-25

2.5 紫外可见漫反论文导读：-82致谢82上一页12

射吸收光谱(UV-vis DRS)25

2.6 傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)25

2.7 拉曼光谱(FT-Raman)25

2.8 N2吸附-脱附25

2.3 纳米催化剂的光催化性能评价25-27

2.3.1 光催化反应装置25-26

2.3.2 光催化活性测试步骤26-27

第三章 改性TiO_2纳米材料制备与光催化性能27-61

3.1 引言27-28

3.2 实验策略28-29

3.

2.1 主要原料与试剂28

3.

2.2 P，Bi掺杂TiO_2纳米材料的制备历程28-29

3.3 结果与讨论29-58

3.1 P，Bi掺杂TiO_2纳米材料的表面形貌及孔结构浅析29-42

3.2 P，Bi掺杂TiO_2纳米材料的结构与组成浅析42-50

3.3 P，Bi掺杂TiO_2纳米材料的光响应性能50-53

3.4 P，Bi掺杂TiO_2纳米材料的光催化反应性能测试53-58

3.4 光催化反应机理浅析58-60

3.5 小结60-61

第四章 ZnO/ZnS核壳纳米棒的制备和光催化性能61-74

4.1 引言61

4.2 实验部分61-63

4.

2.1 主要原料与试剂61-62

4.

2.2 ZnO 纳米棒的制备历程62

4.

2.3 ZnO/ZnS 核壳纳米棒的制备历程62-63

4.3 结果与讨论63-73
4.

3.1 ZnO/ZnS核壳纳米棒的结构和组成浅析63-68

4.

3.2 ZnO/ZnS核壳纳米棒光响应性能68-69

4.

3.3 ZnO/ZnS核壳纳米棒光催化反应性能测试69-71

4.

3.4 ZnO/ZnS核壳纳米棒生长机理及反应机理探究71-73

4.4 小结73-74
第五章 结论74-75
参考文献75-81
发表论文和参加科研情况说明81-82
致谢82