复合二氧化钛纳米管制备过程及其光催化分解水制氢特性

本项目旨在：（1）研究基于微波化学反应制备二氧化钛纳米管的过程工程理论基础，构建新颖的微波合成反应装置，研究微波合成过程参数对二氧化钛纳米管结构与合成效率的影响，探讨微波作用下二氧化钛纳米管的形成机理；（2）利用纳米管独特的结构特性，选择能改善二氧化钛可见光响应性能的半导体材料，在微波作用下制备复合二氧化钛纳米管，研究微波合成反应过程的动力学特征，建立微波合成反应动力学模型，优化合成工艺参数，研究微波合成过程与复合纳米管的微观结构的关系；（3）探索复合二氧化钛纳米管在可见光作用下分解水制氢性能，阐述光催化制氢机理，考察复合纳米管内各组分的协同效应。优化多组分复合纳米管材料结构与制备过程，提高可见光响应的分解水制氢催化性能和量子效率。阐明微波作用下复合二氧化钛纳米管的制备过程工程特性，丰富材料制备过程工程理论和可见光响应分解水制氢催化剂体系。

纳米半导体TiO2因其优异的光学性能、催化性能和光电转换性能，引起人们极大关注。TiO2纳米管是一维特殊结构的TiO2纳米材料，研究其新的合成方法及其光催化特性，具有重要理论意义和应用价值。.用连续式微波反应器成功合成了锐钛矿型的TiO2纳米管。TEM结果表明，在300W，120min的条件下，TiO2纳米管的管型最为完好，管子内径大概5~10nm，长度约150~200nm。.基于微波法，合成了CdS-TiO2NT催化剂。1.96CdS-TiO2NT催化剂（CdS占催化剂总质量的1.96%，wt%）的制氢速率最高，为12.90µmol/(h•g)。综合XRD和XPS的结果分析，有可能是在微波的作用下，CdS部分掺杂进入TiO2晶格。.用共沉淀法制备了不同含量Fe掺杂的TiO2纳米颗粒（Fe-TiO2NP）。利用此纳米颗粒，用微波法合成了相应的Fe掺杂的TiO2纳米管催化剂（Fe-TiO2NT）。光催化制氢实验表明，在可见光照射下，Fe-TiO2NT催化剂都没有产氢活性。而在全波段照射条件下，Fe-TiO2NT催化剂都有活性，并且催化活性随着掺铁量的增大而提升。.以金属铂元素对合成的TiO2纳米管进行修饰改性，制得0.5wt％Pt改性的Pt/TiO2纳米管光催化剂，光解水制氢实验结果表明，Pt/TiO2纳米管催化剂具有较高光解水制氢活性，在模拟太阳光条件下产氢量优于TiO2纳米颗粒，且在波长λ>420nm的可见光区也能光解水制氢。.用TMPP、CoTMPP等大环化合物对TiO2纳米管进行敏化处理，得到的TMPP/TiO2纳米管、CoTMPP/TiO2纳米管光催化剂在可见光下具有制氢活性，优于相同条件下敏化TiO2纳米颗粒的光催化剂。制氢反应前后光催化剂的UV－Vis谱图分析表明，反应一定时间后TMPP、CoTMPP的结构并没有受到破坏，光催化剂具有较好的稳定性。.利用溶胶凝胶法，以钛酸四正丁酯为原料，尿素、硫脲分别作为氮源和硫源，合成N、S掺杂的TiO2纳米颗粒，并以此为原料利用微波法合成掺杂的TiO2纳米管，并在相同铂载量、光照条件下评价了催化剂的光催化制氢活性，研究了不同掺杂比对催化剂活性的影响，找出最佳掺杂比。在此基础上，以已制得掺杂的TiO2纳米颗粒为前驱体，基于微波法，合成了CdS复合N、S掺杂的TiO2纳米管，并考察了CdS的复合量对催化剂活性的影响。通过