论文部分内容阅读
TiO2作为一种重要的半导体材料，由于具有安全无毒、光化学性质稳定、活性高和廉价易得等优点而被广泛应用于空气净化和光降解等领域，Inoue等人于1979年首次开辟了TiO2光催化还原CO2的先河。然而，由于纯TiO2比表面小、光生电子和空穴复合率高等原因，导致TiO2的活性位点少，吸附作用弱，量子产率低。此外，锐钛矿TiO2只能响应波长较短的紫外光，而绝大多数可见光得不到有效利用，这些原因使得纯TiO2在高效光催化还原CO2方面受到了极大的限制。因此，本论文通过负载改性手段来提高TiO2在光催化还原CO2中的催化性能。 常用改性TiO2的方法主要包括负载、贵金属沉积、半导体复合和染料敏化等方法。其中负载可以增大TiO2的比表面积;贵金属沉积可以促进载流子的分离，有效提高量子产率;半导体复合可以使TiO2的光吸收拓展到可见光区，达到高效利用光源的目的。 针对如何提高TiO2光催化还原CO2性能的问题，我们以“改性TiO2催化剂的制备及其光催化还原CO2性能研究”为课题展开研究。具体研究内容如下: 1.以羧基化的SBA-15为载体材料，钛酸四丁酯为钛源，在溶剂热条件下制备了负载型TiO2/SBA-15催化剂。分析结果表明，该方法制备的TiO2样品为比表面积大，结晶度高的纯锐钛矿TiO2晶型，羧基与钛源的锚定作用使得TiO2纳米小颗粒均匀分散在SBA-15表面，减小了TiO2的团聚作用。以光催化还原CO2制甲醇为探针反应，考察了TiO2/SBA-15催化剂在紫外光照射下的光催化性能。结果表明:与后处理浸渍法制备的光催化剂相比，本文制备的TiO2/SBA-15催化剂表现出了高的光催化还原CO2活性，当TiO2负载量为16.5％时，催化剂表现出最佳的光催化性能，甲醇产量为80.0μmol/g-catalys。 2.在已确定最佳TiO2负载量的基础上，溶剂热过程中引入金属Ag的前驱物，制备了负载型金属改性Ag-TiO2/SAB-15催化剂，并对其做相关表征。结果显示:Ag的引入对TiO2晶型没有影响，改性后的Ag-TiO2/SBA-15催化剂，TiO2依然为纯的锐钛矿晶型，比表面有略微下降。此外，Ag以单质Ag存在，改性后催化剂光催化还原CO2产物甲醇的产量明显增加，其中Ag含量为2.0wt％（实际含量1.8wt％）的Ag-TiO2/SAB-15催化剂效果最佳，6h紫外光照射后，甲醇产量为134.6μmol/g-catalys，改性后催化剂光催化性能明显提高的主要原因是Ag的引入有效分离了光生电子，提高了光生电子的寿命，从而提升了催化剂的光催化还原CO2能力。 3.在已确定最佳TiO2负载量的基础上，溶剂热过程中引入Cu的前驱物，制备了负载型半导体复合CuO-TiO2/SBA-15催化剂，并作相关表征。结果显示，CuO的引入使催化剂光吸收发生红移，而对TiO2的晶型没有影响，反应后依然为纯的锐钛矿TiO2晶型。光催化还原CO2结果显示，复合CuO后甲醇产量明显增加，其中CuO含量为1.0wt％（实际含量0.73wt％）的催化剂效果最佳，6h光照后，紫外和可见光下甲醇产量分别为180.6μmol/g-catalys和162.3μmol/g-catalys，这主要是因为Cu以半导体CuO存在，在紫外光下，TiO2和CuO同时可以被激发产生光生电子，有更多的电子参与到反应中;当光源能量减小时，CuO(Eg为1.7eV)价带电子可被激发，然后迁移到TiO2的导带参与反应，因此半导体复合后的TiO2/SBA-15催化剂表现出了优越的紫外光和可见光催化还原CO2能力。