氧化钛基纳米催化剂的制备与表征

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1、：１８论文分类号：１学校代码０７０学号：１５０２０１９龜淡Ａ斜我ＡｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＥＲＳＴＯＦＳＣｆＥＮＣＥ￡ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＶｉＶＩＶ硕士学位论文Ｔ’ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ氧化钛基纳米催化剂的制备与表征李梦妍指导教师姓名：刘辉教授学科名称：材料物理与化学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：氧化钛基纳米催化剂的制备与表征学科门类：工学一级学科：材料科学与工程培养单位：材料科学与工程学院硕

2、士生：李梦妍导师：刘辉教授2018年5月PreparationandCharacterizationofTiO2-basedNanocatalystsAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByMengyanLiSupervisor:ProfessorHuiLiuMay2018I氧化钛基纳米催化剂的制备与表征摘要近年来，能源危

3、机变得越来越严重，因此找到一种可以替代化石燃料的清洁能源刻不容缓。众所周知氢气是一种干净的、无碳的、可再生的清洁能源，也正是由于这种优势，分解水制氢引起了人们的广泛关注。分解水又可以分为电催化分解水和光电催化分解水。在所有被研究的催化剂中，TiO2由于其成本廉价、稳定性好、无毒的等优点而被广泛关注。然而由于缓慢的电子传输效率和较快的电子空穴复合效率，TiO2的大规模应用受到了一定程度的限制。一维TiO2纳米带能够有效地提高载流子的径向传输，这与其他形貌的TiO2相比具有很大的优势。利用这一形貌优势再结合二维纳米片所制备的催化剂在一定程度上既可以增加光

4、生载流子传输速率又可以增加催化剂与电解液的接触面积，从而达到提高催化剂性能的效果。因此，本文以TiO2纳米带为基体，通过选择不同的复合相来构建具有不同形貌的氧化钛基纳米复合材料，采用XRD、SEM、TEM、UV-vis、Raman和XPS等分析手段对样品进行了表征，测试了不同催化剂的电化学/光电化学性能，并且探讨了形貌及结构对材料性能的影响，以及相应的反应机理。取得的主要研究成果如下：（1）以P25为钛源、SnCl4·5H2O为锡源，采用简单的两步水热法制备了TiO2/SnS2异质结催化剂，并研究了价键环境、暴露晶面以及形貌对材料OER性能的影响。结

5、果发现：价键环境的改变和晶面暴露都会对材料的OER性能起到一定的促进作用。同时，对于电催化剂来说，材料的形貌也起到很大的作用。（2）分别以商业用二氧化钛（P25）、钛酸丁酯（TBOT）为钛源，采用可控水解和水热法成功制备出了相互独立的暴露晶面的TiO2同质结催化材料。该同质结是在暴露（101）晶面的TiO2纳米带侧面利用晶面诱导效应生长出暴露（100）晶面的TiO2纳米片从而构成同质结构。该TiO2同质结长度约为几微米，宽约400nm。由于同质结的构筑界面处光生电子空穴的分离以及传递速率得到提高，同时在一定程度上减小电子-空穴的复合效率，而且这种一维

6、/二维复合结构可以有效的提升材料的光吸收以及与电解液的II接触性能，从而提高催化剂的光电化学分解水性能。（3）以第二部分所制备的TiO2同质结为基体，以HAuCl4·4H2O为金源，通过光还原沉积法成功制备出了Au修饰的TiO2同质结复合催化剂（TiO2NBs@TiO2NSs@Au），其中Au纳米颗粒的尺寸为几纳米。实验研究了贵金属Au所产生的等离子共振效应以及其负载量对材料的光电性能的影响。实验结果证明负载贵金属Au可以增加材料的电子传输从而提高材料的光电催化性能。关键词：二氧化钛，同质结，电催化，光电催化，分解水IIIPreparationand

7、CharacterizationofTiO2-basedNanocatalystsABSTRACTEnergycrisishasbecomeincreasinglysevereoverthelastdecades.Hence,findingsomenewreplaceablecleanfuelstoreplacethefossilfuelseemsmuchurgentthanever.Watersplittinghasattractedlotsofinterestssinceitisaneffectivewaytoproducehydrogenfue

8、lasaclean,carbon-freeandrenewableenergysource.Waterspl