氧化钛/聚电解质复合薄膜的结构调控及光催化产氢性能研究

发布时间：2025-05-20 02:47

　　近年来,半导体光催化剂的发展欣欣向荣,二维材料的基础研究和技术路线得到了长足的发展,在广泛的使用中也显示出优异的性能。对于二维半导体材料的光催化研究是解决目前环境问题的途径之一,而二维氧化钛纳米材料（TiO₂）也被公认为是最有开发前景和应用潜力的环保型光催化材料。二维氧化钛纳米片（TNs）作为半导体光催化剂,具有廉价、稳定性好、可重复使用等优点,已被广泛应用于光催化领域。但由于自身的电子-空穴对无效复合率较高、可见光利用率低、禁带宽度较大等,限制了其在光催化降解有机物和产氢方面的使用。为了提高氧化钛纳米材料的光催化活性,解决催化剂的回收难题和满足应用需求,本文提出采用层层自组装（LbL）方法,在石英基底表面规则地制备有序的[氧化钛（TNs）/聚电解质（聚丙烯基胺盐酸盐PAH、聚二烯丙基二甲基氯化铵PDDA、聚赖氨酸PLL）]有机无机复合光催化结构,研究有机聚电解质对于无机氧化钛纳米片性能影响的机理,探究各组分的协同效应、复合结构的性能变化规律。本文采用有机溶剂溶胀剥离法,将高温固相合成的钛酸盐前驱体剥离成单层和少量多层的氧化钛纳米片,将其作为组装基元,与聚电解质PA...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1半导体光催化机理示意图(Karthikeyan C,2020)

半导体的性质介于导体和绝缘体之间,在其特殊的能带结构中,能量较低的价带(VB)和能量较高的导带(CB)之间存在一个禁带(BandGap)。半导体材料的光催化反应主要经历三个阶段,如图1-1所示:

图1-2 p-n型异质结复合半导体能带结构示意图(M.Jaroniec,2017)

半导体复合。通过将不同类型的半导体进行复合,产生的特殊界面有利于光生电子的分离和传输,个体的光谱吸收范围进行叠加之后可以扩大整体材料的光谱吸收范围,带来“1+1>2”的实际催化效率。异质结复合光催化材料可分为常规半导体-半导体复合、p-n型异质结和Z型异质结。如图1-2,以p-n....

图1-3纤铁矿钛酸盐的晶体结构示意图及剥离获得单片层氧化钛的流程(Sasaki T,1998)

通常情况下,母体层状晶体需要用固态煅烧法在高温下合成。图1-3所示为固体钛酸盐层状结构通过一系列手段剥离成氧化钛纳米片的过程。首先用酸性溶液处理层状母晶,得到水合质子形态的层状晶体,如H0.7Ti1.825O4·H2O,然后在水溶液中加入足够数量的大分子有机离子,如四丁基铵阳离子....

图1-4有机-无机纳米复合材料的合成方法示意图(J.C.Tan,2011)

几十年以来,有机-无机复合材料的制备方法已经趋于成熟,人们通过控制各种不同制备条件合成出了许多具有优异性能的多功能复合材料,主要方法有:溶胶-凝胶法、自组装、蒸发沉积、化学和电气技术、插层法、共混法、原位聚合法、原位生成法等(M.Nagalakshmi,2017;NursamN....

本文编号：4046727