有序介孔金屬氧化物的制備、改性及其光催化性能研究.pdf

1、在全球能源短缺、環(huán)境污染問題日益嚴峻的大背景下,利用高效、潔凈、低能耗、無二次污染的光催化技術成為研究的熱點。目前,科學家們正在努力探索高效可見光型催化材料的開發(fā)。其中,有序介孔金屬氧化物材料以其高的比表面積、規(guī)則有序的孔道結構、孔徑大小可調及內表面可修飾等特點而備受青睞。隨著有序介孔金屬氧化物催化功能化、孔道尺寸調變、原位譜學表征和分子設計等關鍵問題的解決,許多具有不同形貌特征、介孔結構、骨架成分的有序介孔材料被成功合成并廣泛應用于催

2、化、傳感、能源等領域,促進了光催化技術的創(chuàng)新。本文選取極具潛力的金屬氧化物光催化劑為研究對象,探討了有序介孔金屬氧化物的制備方法及其介孔結構的形成機理。系統(tǒng)研究了可見光條件下有序介孔金屬氧化物的光催化性能及其潛在的應用價值,為開發(fā)高性能可見光型催化劑,拓展其在太陽能轉換及環(huán)境領域的應用提供新思路和基礎理論參考,主要研究內容如下:
　　(1)以介孔二氧化硅(KIT-6)為硬模板,磷鎢酸為前驅物,用硬模板法制備WO3-SiO2復合材料

3、,再利用氫氟酸(HF)除去二氧化硅,制得介孔三氧化鎢(m-WO3)光催化劑。在可見光條件下,以IO3-作為電子受體,鉑修飾的介孔三氧化鎢光催化分解水產氧量達276.1mmol·g-1,是納米三氧化鎢(c-WO3)的3.5倍。因此,有序介孔WO3的規(guī)則孔道結構利于光生載流子在其表面的傳輸與分離,降低光生電子-空穴對的復合幾率,提高了可見光催化性能。
　　(2)以有序介孔WO3(m-WO3)和還原石墨烯氧化物(RGO)為原料采用紫外光

4、協(xié)助照射法合成了m-WO3-RGO復合型光催化劑。復合材料中的m-WO3與RGO的有效結合促進了載流子的分離和產氧量的提高。在可見光照射下,m-WO3-RGO-6光催化劑的產氧量可達437.3μmol·g-1,為m-WO3的5.1倍。光催化活性的增強可以歸咎于作為固態(tài)電子受體的RGO,促進了光生電子-空穴對的傳輸和分離,有效抑制了電子-空穴對在復合材料中的復合。這種新型介孔金屬氧化物/石墨烯復合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定、優(yōu)異的光催化活性,為開發(fā)可

5、見光型光催化劑提供了新的思路。
　　(3)采用軟模板法,以尿素為氮源,通過簡單的固態(tài)反應法合成了氮摻雜有序介孔五氧化二鈮光催化劑。介孔五氧化二鈮的有序孔道結構利于N元素有效摻入其晶格內部。氮摻雜后介孔五氧化二鈮光催化劑的吸收帶邊由3.1eV降至2.61eV,對應的光響應范圍由400nm拓展至475nm。以0.5wt％Pt作為助催化劑,可見光下照射5h后,1.53％氮摻雜介孔五氧化二鈮的催化產氫量為介孔五氧化二鈮的3.4倍。在光催化

6、反應中,有序介孔結構可以提供更多的活性位,加速體系內的電子-空穴對在其表面的轉移和分離,大大提高了可見光催化活性。
　　(4)以硝酸鈰為鈰源,介孔二氧化硅(KIT-6)為模板,采用硬模板法制備了介孔二氧化鈰(m-CeO2)。通過浸漬法合成了鉍摻雜介孔二氧化鈰(m-CeO2/Bi)光催化劑。m-CeO2/Bi光催化劑具有完整的晶型和規(guī)則的孔道結構,有利于光生電子和空穴的分離,同時Bi的摻入降低了催化劑的帶隙能,有效提高了可見光催化性