Zn、S共摻雜對(duì)TiO2納米顆粒結(jié)構(gòu)和光解甘油水溶液制氫性能的影響

鄧文燕，辛　亞，王希濤

(天津大學(xué)化工學(xué)院，天津 300072)

自Fujishima和Honda[1]開(kāi)創(chuàng)性地報(bào)道了在以TiO2為光電極的電池中，采用紫外光照射，可將水分解為氫氣和氧氣以來(lái)，人們對(duì)這一領(lǐng)域的研究從未間斷過(guò)。TiO2納米顆粒以其強(qiáng)氧化、低毒、成本低、易制備的特性被譽(yù)為21世紀(jì)最有前景的光催化材料[2-4]。但TiO2禁帶較寬(3.2 eV)，光生電子-空穴復(fù)合率較高，且氫氣和氧氣結(jié)合生成水的逆反應(yīng)較快，因此利用TiO2光催化分解水制氫的效率較低[5-8]。

利用TiO2半導(dǎo)體材料光催化分解水制氫必須要解決以下問(wèn)題：1)降低TiO2禁帶寬度，使其激發(fā)光譜移向可見(jiàn)光段；2)提高TiO2的激發(fā)電子效率，降低光生電子-空穴的復(fù)合率；3)抑制氫氣和氧氣合成水的逆反應(yīng)[9-11]。文獻(xiàn)報(bào)道[12-14]，Zn2+的摻雜能顯著抑制了TiO2納米顆粒的生長(zhǎng)，增強(qiáng)了TiO2納米顆粒的光催化性能。S與TiO2分子之間的離子作用能夠降低TiO2禁帶寬度，改善銳鈦礦的幾何結(jié)構(gòu)，從而提高其光催化性能[15-16]。

本研究通過(guò)溶膠-凝膠法制備了一系列Zn、S共摻雜的TiO2納米顆粒。研究了不同的n(Zn)/n(Ti)的Zn、S共摻雜對(duì)TiO2結(jié)構(gòu)、光吸收性能以及紫外光及模擬太陽(yáng)光照射下光催化分解甘油水溶液制取氫氣性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　催化劑的制備

室溫下，80 mL乙醇與20 mL鈦酸丁酯混合，攪拌1 h，得到澄清溶液，命名為溶液A；將一定量的硝酸鋅和硫脲(Zn/S物質(zhì)的量之比為1∶1)溶解于15 mL醋酸、7 mL水和20 mL乙醇的混合溶液中，命名為溶液B。劇烈攪拌下，將溶液B緩慢加入到溶液A中。繼續(xù)攪拌，得到透明均勻的溶膠。將該溶膠于50 ℃下陳化，直至成為透明凝膠。將凝膠在100 ℃下干燥24 h后，取出干凝膠顆粒進(jìn)行研磨，最后將研磨后的粉末于50 0℃下煅燒4 h。……