Pt摻雜TiO2光催化CO2/H2O性能研究*

楊岑漣，吳紅軍，鄭振陽

（東北石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

Pt摻雜TiO2光催化CO2/H2O性能研究*

楊岑漣，吳紅軍，鄭振陽

（東北石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 大慶 163318）

用陽極氧化法制備TiO2，光電沉積Pt進(jìn)TiO2中，考察摻雜前后TiO2光催化CO2/H2O的效果。結(jié)果表明，摻雜Pt后TiO2對光的吸收帶邊紅移，提高了光響應(yīng)電流，對CO2/H2O的催化能力更強(qiáng)，摻雜Pt后乙醇時空收率最高到9.15mg·（cm·h）-1，約是未摻雜的4.5倍。

TiO2；Pt摻雜；光電響應(yīng)；CO2/H2O

環(huán)境和能源問題是人類面臨的最大問題，CO2是溫室氣體對環(huán)境影響日益擴(kuò)大，也是對碳資源的浪費(fèi)，有效利用CO2迫在眉睫。目前，減少CO2排放主要有開發(fā)新能源，減少化石燃料的使用；對CO2捕集和封存；CO2的化學(xué)利用［1-4］等。新能源短期內(nèi)無法取代化石能源，CO2的捕集和封存技術(shù)難大規(guī)模應(yīng)用，故CO2的化學(xué)利用是較合理可行的。

自發(fā)現(xiàn)TiO2能光催化分解水后，TiO2因其良好的化學(xué)穩(wěn)定性、廉價易得、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注，在光催化、廢水處理和殺菌等方面有廣泛應(yīng)用［5］。TiO2是寬禁帶半導(dǎo)體，對太陽光利用率只有5%，光生電子空穴易復(fù)合，光量子效率低等缺點(diǎn)限制了TiO2的實(shí)際應(yīng)用。目前，提高其對太陽光利用率主要通過負(fù)載貴金屬如Pt、Au、Ag［6］等；或?qū)⒛軒л^窄的半導(dǎo)體如CdS、PbS、Fe2O3等與TiO2的復(fù)合，三是摻雜非金屬離子如C、B、N或金屬離子如Cu2+、Fe3+、Mo3+和Rh3+［7］等，抑制電子空穴對的復(fù)合、拓寬TiO2的光響應(yīng)范圍，提高其光響應(yīng)活性。

本實(shí)驗用陽極氧化法制備TiO2，用光電沉積法沉積Pt，通過對CO2/H2O產(chǎn)物分析研究Pt摻雜TiO2的光催化性能。

1　實(shí)驗部分

1.1藥品及儀器

鈦片、丙酮、無水乙醇、超純水、乙二醇、NH4F、六氯鉑酸六水合物（H2PtCl6·6H2O）、NaHCO3。

電化學(xué)工作站、高壓汞燈、超聲波清洗儀、紫外-可見吸收光譜、氣相色譜。

1.2TiO2的制備

制備：將一定面積的純鈦片用丙酮、無水乙醇、超純水各超聲清洗15min后做陽極，Pt為陰極，電解液為0.3（w）%NH4F+（HOCH2）2+2（v）%H2O，在20℃，電壓分別為60、30V下各反應(yīng)30min。把制得TiO2片在450℃下煅燒2h。

Pt摻雜：將TiO2作陰極，Pt作陽極，Ag/AgCl作參比電極，電解液為H2PtCl6溶液，恒壓、300W的汞燈照射一定時間后可得Pt/TiO2。

CO2/H2O光催化：TiO2為陰極，Pt做陽極，電解液是NaHCO3溶液，恒壓、300W汞燈照射下反應(yīng)，產(chǎn)物用氣相色譜檢測。

1.3表征

紫外-可見吸收光譜（UV-Vis DRS）分析樣品光譜吸收范圍，氣相色譜（GC-14C）分析樣品的光催化性能。

2　結(jié)果與討論

2.1UV-Vis固體漫反射光譜分析

圖1　沉積Pt前后的TiO2NTs的UV-Vis DRS譜圖Fig.1　UV-Vis DRS patterns of blank and Pt-doped TNAs

從圖1可知，純TiO2只在紫外光區(qū)有吸收強(qiáng)，沉積Pt后在紫外光區(qū)吸收強(qiáng)度增強(qiáng)，在可見光區(qū)也有吸收。且Pt/TiO2在450、500、550nm處出現(xiàn)Pt的等離子吸收峰，Pt摻雜使TiO2的吸收帶邊紅移。

2.2光電流-時間曲線分析

圖2為Pt摻雜前后的TiO2光電流-時間曲線。

圖2　摻雜Pt前后的TiO2電流-時間曲線Fig.2　Photocurrent responses of TNAs in the light on-off process

無光照時兩個樣品的電流均很小，光照后電流值發(fā)生躍遷，這說明TiO2具有可見光響應(yīng)活性。摻雜Pt后的光電流躍遷值更大，說明Pt摻雜減少了電子空穴對的復(fù)合，增強(qiáng)了光電流響應(yīng)能力。

2.3氣相色譜分析

圖3　反應(yīng)后的氣相色譜圖Fig.3　Gas chromatography figure of after reacting

由圖3可以看出，CO2被還原成乙醇。

圖4　不同Pt沉積量的乙醇產(chǎn)量Fig.4　Yield of ethanol in different deposition of Pt

圖4可以看出，純TiO2時乙醇時空收率為2mg·（cm·h）-1，摻雜Pt量增多，乙醇生成量先增多后減少，摻雜Pt量為1.0（w）%時，乙醇時空收率最大為9.15mg·（cm·h）-1，約是未摻雜Pt的4.5倍。

3　結(jié)論

用光電沉積法在純TiO2中摻雜Pt，Pt以顆粒的形式附著在納米管上。摻雜Pt可以提高光響應(yīng)電流，且使TiO2對光的吸收帶邊紅移。摻雜Pt后，對CO2/H2O體系的催化能力更強(qiáng)，純TiO2時乙醇時空收率2mg·（cm·h）-1，摻雜Pt后，乙醇時空收率最高為9.15mg·（cm·h）-1，約是空白的4.5倍。

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Study of the photocatalytic performance of Pt-doped TiO2on CO2/H2O*

YANG Cen-lian，WU Hong-jun，ZHENG Zhen-yang
（Northeast Petroleum University ChemistryInstitute of Chemical Industry，Daqing 163318，China）

Pt-deposited TiO2were prepared by oxidation.Investigations of photocatalytic effect of TiO2before and after doped with Pt on CO2/H2O synthesis were performed.The results demonstrated in addition to the bathochromic shift of the absorption band of TiO2to light and the enhanced response to photocurrent，catalytic ability of the TiO2on synthesis of ethanol was strengthened as well，amplified by the fact that the ethanol production can reach up to 9.15mg·（cm·h）-1under catalysis of Pt-doped TiO2，which was～4.5 times of that catalyzed by TiO2without doped with Pt.

TiO2；Pt-doped；photoelectric response；CO2/H2O

O63

A

2016-07-15

黑龍江省高校新世紀(jì)優(yōu)秀人才項目（1253-NCET004）

楊岑漣（1991-），女，湖北人，2016年畢業(yè)于東北石油大學(xué)，碩士，研究方向：光電化學(xué)。

吳紅軍（1979-），男，博士，教授，主要從事功能納米材料方面的研究。