Fe3+偶联染料和TiO2制备具有可见光放氢活性催化剂及其性能

论文摘要

本文研究了Fe3+偶联吨染料和TiO2制备具有可见光放氢活性催化剂和其性能研究,内容分为两部分:一、通过Fe3+分别把三种吨染料（xanthene）曙红Y（EosinY）、藻红B（Erythrosin B）、虎红（Rosebengal）固定在TiO2表面制备xanthene-Fe3+-TiO2敏化催化剂。在可见光（λ≥420nm）下,以三乙醇胺为电子给体,三种xanthene-Fe3+-TiO2放氢活性明显高于Fe3+偶联前xanthene-TiO2。UV-vis吸收表征表明三种xanthene-Fe3+-TiO2在可见光的吸收比xanthene-TiO2更强。吸附实验和FTIR表征显示Fe3+均增加三种吨染料在TiO2的吸附量和吸附强度。因而,Fe3+偶联的光催化剂活性大大提高。讨论了吨染料结构对敏化TiO2催化剂活性的影响。二、利用Fe3+和EosinY共吸附在TiO2表面制备了多层染料敏化mu-EosinY-Fe3+-TiO2（a）光催化剂,通过Fe3+偶联单层EosinY敏化制备单层染料敏化mo-EosinY-Fe3+-TiO2（b）,通过纯TiO2直接吸附染料制备单层染料敏化EosinY-TiO2（c）。在可见光（λ≥420nm）照射下,以三乙醇胺为电子给体,评估了敏化催化剂光催化放氢活性。mu-EosinY-Fe3+-TiO2（a）活性比mo-EosinY-Fe3+-TiO2（b）高。mu-EosinY-Fe3+-TiO2（a）的最大光催化放氢活性是mo-EosinY-Fe3+-TiO2（b）的最大放氢活性的1.8倍,是EosinY-TiO2（c）最大放氢活性的3.0倍,光电流-时间曲线和此光催化活性一致,其中多层染料敏化催化剂最高的光催化量子效率为19.1%。吸附试验和紫外可见漫反射表征说明,多层染料敏化的TiO2有高的染料吸附量导致高的光吸收转换效率。红外光谱表征表明,多层染料敏化实际上有三维聚合结构。mo-EosinY-Fe3+-TiO2中Fe3+只吸附一个染料分子,多层染料敏化中Fe3+和EosinY的三个作用位点（羰基、酚羟基和羧基）配位偶合形成多层染料敏化,这样多层染料敏化由于大的染料吸附量和“能量天线效应”,增加可见光的吸收及EosinY和TiO2电子的转移,提高了放氢活性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 半导体光催化分解水制氢原理
• 1.3 半导体可见光化改性方法
• 1.3.1 贵金属沉积
• 1.3.2 离子掺杂
• 1.3.2.1 金属离子掺杂
• 1.3.2.2 非金属离子掺杂
• 1.3.2.3 离子共掺杂
• 1.3.3 半导体复合
• 1.3.4 染料光敏化
• 2光敏化机理'>1.3.4.1 TiO₂光敏化机理
• 1.3.4.2 染料分子的选取
• 1.3.4.2.1 无机染料作敏化剂
• 1.3.4.2.2 纯有机染料作敏化剂
• 1.3.4.2.3 多种染料的协同敏化
• 1.3.4.3 用于敏化的半导体材料的选取
• 1.3.4.4 染料和半导体的结合方式
• 1.3.4.4.1 染料的单层敏化
• 1.3.4.4.2 使用藕联剂的单层敏化
• 1.3.4.5 敏化体系的电子给体
• 1.3.4.6 光敏化面临的主要问题以及展望
• 1.4 其它新型窄带可见光半导体光催化剂
• 1.5 研究展望
• 1.6 选题依据和意义
• 参考文献
• 3+偶联吨染料敏化TiO₂可见光催化制氢活性'>第二章 Fe³⁺偶联吨染料敏化TiO₂可见光催化制氢活性
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要实验仪器
• 2.2.3 催化剂的制备
• 3+-TiO₂的制备'>2.2.3.1 Fe³⁺-TiO₂的制备
• 2的制备'>2.2.3.2 xanthene-TiO₂的制备
• 3+-TiO₂的制备'>2.2.3.2 xanthene-Fe³⁺-TiO₂的制备
• 2.3.4 吨染料的吸附实验
• 2.3.5 敏化光催化活性
• 2.3.6 表征与分析
• 2.3 结果与讨论
• 3+偶联前后催化剂表面吨染料吸附'>2.3.1 Fe³⁺偶联前后催化剂表面吨染料吸附
• 2.3.2 紫外可见漫反射
• 2.3.3 红外光谱图
• 3+-TiO₂和xanthene-TiO₂放氢活性的比较'>2.3.4 xanthene-Fe³⁺-TiO₂和xanthene-TiO₂放氢活性的比较
• 2.4 结论
• 参考文献
• 3+调节EosinY多层敏化TiO₂可见光放氧'>第三章 Fe³⁺调节EosinY多层敏化TiO₂可见光放氧
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要实验仪器
• 3.2.3 催化剂的制备
• 3+-TiO₂的制备'>3.2.3.1 mo-Fe³⁺-TiO₂的制备
• 2催化剂的制备'>3.2.3.2 EosinY-TiO₂催化剂的制备
• 3+-TiO₂催化剂的制备'>3.2.3.3 m EosinY-Fe³⁺-TiO₂催化剂的制备
• 3+-TiO₂的制备'>3.2.3.4 mo EosinY-Fe³⁺-TiO₂的制备
• 3+（1:1）配合物的制备'>3.2.3.5 EosinY-Fe³⁺（1:1）配合物的制备
• 3.2.4 电极的制备
• 3.2.5 表征
• 3.2.6 光催化活性检测
• 3.2.7 量子效率的测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附行为
• 3+存在时多层EosinY在TiO₂表面吸附'>3.3.2 Fe³⁺存在时多层EosinY在TiO₂表面吸附
• 3.3.3 紫外可见漫反射光谱
• 3.3.4 红外光谱图
• 3.3.5 光催化反应
• 3+浓度对EosinY-Fe³⁺-TiO₂催化剂放氢活性的影响'>3.3.5.1 Fe³⁺浓度对EosinY-Fe³⁺-TiO₂催化剂放氢活性的影响
• 3.3.5.2 EosinY浓度对催化剂活性的影响
• 3.3.5.3 载铂量对催化剂放氢活性的影响
• 3.3.6 电化学实验
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 结论
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果