石墨烯量子点复合金属氧化物制备及其光催化性能研究

作     者：郭彦焦 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：李美成;褚立华

授予年度：2019年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：石墨烯量子点 二氧化钛串球 光催化 界面电子传输 

摘      要：当前,绿色环保的清洁能源备受关注,氢能储量丰富、热值高、无污染,是具有很大潜在开发价值的清洁能源。光催化作为制备氢气的重要手段之一,由于目前大部分光催化剂的效率较低限制了其广泛的应用。因此,开发高效的光催化剂是提高光催化性能的核心环节之一。本论文调控了石墨烯量子点(GQDs)的尺寸,并将其与二氧化钛(TiO2)串球结构进行复合,研究发现复合结构有效提高了 TiO2产氢的效率。本文的主要研究内容如下。(1)利用自上而下的方法调控了 GQDs的尺寸。通过调节油浴温度,制备了直径分别为5nm和10nm的GQDs,在365nm的紫外光照射下分别发出蓝色和黄色的荧光。5nm的GQDs的可见光吸收范围可到450nm左右,而1Onm的GQDs吸收光范围发生红移,可到500nm左右。将两种尺寸的GQDs作为光催化剂在全光谱下分解水制氢,发现5nm的GQDs由于电子传输的距离短,其光催化性能更好。(2)GQDs/TiO2串球复合结构的制备与光催化性能研究。利用水热法制备长度为10μm左右,半径为0.72μm的二氧化钦(TiO2)串球结构,并通过超声搅拌将其与不同尺寸的GQDs复合。研究发现TiO2串球与GQDs复合后,GQDs中的环氧官能团重排实现了 C-O-Ti键合。增强了 GQDs/Ti02的界面电子传输作用。复合结构中GQDs可充当电子供体,GQDs的表面激发的光致电子可以转移到TiO2表面,有效地减少了电子-空穴对的复合;而且GQDs可用作光敏剂,延长复合结构可见光响应区域,近而影响光催化产氢的性能。将复合物运用到光催化水解产氢过程,分析其光催化产氢性能。结果分析得到GQDs/TiO2(10nm)由于电子传输距离较长,产氢速率为13.3μmolh-1,而GQDs/TiO2(5nm)在全光谱下的光催化产氢速率最高,可以提高到18.3μmolh-1,与单独的Ti02串球相比,提升了约三倍。