过渡金属掺杂构建超细二氧化钛的表面缺陷以提升光催化产氢活性

刘祺凤 张倩 刘丙蕊 李仕友 马晶军

引用本文: 刘祺凤,  张倩,  刘丙蕊,  李仕友,  马晶军. 过渡金属掺杂构建超细二氧化钛的表面缺陷以提升光催化产氢活性[J]. 催化学报, 2018, 39(3): 542-548. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63044-X shu
Citation:  Qi-Feng Liu,  Qian Zhang,  Bing-Rui Liu,  Shiyou Li,  Jing-Jun Ma. Building surface defects by doping with transition metal on ultrafine TiO2 to enhance the photocatalytic H2 production activity[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39(3): 542-548. doi: 10.1016/S1872-2067(18)63044-X shu

过渡金属掺杂构建超细二氧化钛的表面缺陷以提升光催化产氢活性

  • 基金项目:

    河北省食品科学与工程学科"双一流"建设资金项目(2018SPGCA18);河北省高等学校青年拔尖人才计划项目(自然科学类,BJ2017026);河北农业大学引进博士专项(ZD201709).

摘要: 载流子分离效率低和光吸收范围窄是制约二氧化钛光催化产氢活性的两个关键因素.研究表明,一定浓度的表面缺陷既有利于光生载流子传递到表面缺陷位点,抑制载流子的复合,又可以扩展光催化剂的光谱吸收范围,从而提高光催化活性.本文利用低成本过渡金属(Co,Ni,Cu和Mn)掺杂在超细二氧化钛表面,构建了表面缺陷(氧空位和金属阳离子取代缺陷).相对于原始的缺陷很少的二氧化钛,表面缺陷的二氧化钛活性可以提升3-4倍,而且可见光产氢速率高达3.4 μmol/h,在365 nm处的表观量子效率达到36.9%,这些结果都远远高于商业的P25 TiO2.我们认为,光催化产氢活性的明显提升可以归结为更快速的电荷分离和更好的光吸收.可见,利用过渡金属进行热液处理来实现表面掺杂是一种非常简便有效构建表面缺陷的方法.

English

    1. [1] X. B. Chen, S. H. Shen, L. J. Guo, S. S. Mao, Chem. Rev., 2010, 110, 6503-6570.

    2. [2] A. G. Thomas, K. L. Syres, Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 4207-4217.

    3. [3] M. Kapilashrami, Y. F. Zhang, Y. S. Liu, A. Hagfeldt, J. Guo, Chem. Rev., 2014, 114, 9662-9707.

    4. [4] A. Fujishima, K. Honda, Nature, 1972, 238, 37-38.

    5. [5] J. C. Yu, J. G. Yu, W. K. Ho, Z. T. Jiang, L. Z. Zhang, Chem. Mater., 2002, 14, 3808-3816.

    6. [6] T. Ohno, T. Mitsui, M. Matsumura, Chem. Lett., 2003, 32, 364-365.

    7. [7] P. J. Ma, G. T. Yan, J. J. Qian, M. Zhang, J. J. Yang, Chin. J. Catal., 2011, 32, 1430-1435.

    8. [8] L. H. Huang, C. X. Chen, Y. L. Liu, Chin. J. Catal., 2006, 27, 1101-1106.

    9. [9] U. Bach, D. Lupo, P. Comte, J. E. Moser, F. Weissörtel, J. Salbeck, H. Spreitzer, M. Grätzel, Nature, 1998, 395, 583-585.

    10. [10] K. Zhu, N. R. Neale, A. Miedaner, A. J. Frank, Nano Lett., 2007, 7, 69-74.

    11. [11] M. C. Hu, S. H. Zhong, Chin. J. Catal., 2006, 27, 1144-1148.

    12. [12] X. P. Li, F. Chen, J. L. Zhang, Chin. J. Catal., 2007, 28, 229-233.

    13. [13] X. B. Chen, L. Liu, P. Y. Yu, S. S. Mao, Science, 2011, 331, 746-750.

    14. [14] F. Zuo, L. Wang, T. Wu, Z. Y. Zhang, D. Borchardt, P. Y. Feng, J. Am. Chem. Soc., 2010, 132, 11856-11857.

    15. [15] Z. K. Zheng, B. B. Huang, X. D. Meng, J. P. Wang, S. Y. Wang, Z. Z. Lou, Z. Y. Wang, X. Y. Qin, X. Y. Zhang, Y. Dai, Chem. Commun., 2013, 49, 868-870.

    16. [16] X. Liu, S. M. Gao, H. Xu, Z. Z. Lou, W. J. Wang, B. B. Huang, Y. Dai, Nanoscale, 2013, 5, 1870-1875.

    17. [17] M. C. Long, L. H. Zheng, Chin. J. Catal., 2017, 38, 617-624.

    18. [18] M. Liu, X. Q. Qiu, M. Miyauchi, K. Hashimoto, Chem. Mater., 2011, 23, 5282-5286.

    19. [19] G. M. Wang, H. Y. Wang, Y. C. Ling, Y. C. Tang, X. Y. Yang, R. C. Fitzmorris, C. C. Wang, J. Z. Zhang, Y. Li, Nano Lett., 2011, 11, 3026-3033.

    20. [20] X. K. Xin, M. Scheiner, M. D. Ye, Z. Q. Lin, Langmuir, 2011, 27, 14594-14598.

    21. [21] Z. W. Liu, W. B. Hou, P. Pavaskar, M. Aykol, S. B. Cronin, Nano Lett., 2011, 11, 1111-1116.

    22. [22] B. O'Regan, F. Lenzmann, R. Muis, J. Wienke, Chem. Mater., 2002, 14, 5023-5029.

    23. [23] A. Kubacka, M. Fernandez-Garcia, G. Colon, Chem. Rev., 2011, 112, 1555-1614.

    24. [24] C. C. Chen, X. Z. Li, W. H. Ma, J. C. Zhao, H. Hidaka, N. Serpone, J. Phys. Chem. B, 2002, 106, 318-324.

    25. [25] L. S. Yoong, F. K. Chong, B. K. Dutta, Energy, 2009, 34, 1652-1661.

    26. [26] N. L. Wu, M. S. Lee, Int. J. Hydrogen Energy, 2004, 29, 1601-1605.

    27. [27] C. Wang, Q. Q. Hu, J. Q. Huang, C. Zhu, Z. H. Deng, H. L. Shi, L. Wu, Z. G. Liu, Y. G. Cao, Appl. Surf. Sci., 2014, 292, 161-164.

    28. [28] C. Karunakaran, G. Abiramasundari, P. Gomathisankar, G. Manikandan and V. Anandi, J. Colloid Interf. Sci., 2010, 352, 68-.

    29. [29] J. Fan, S. W. Boettcher, G. D. Stucky, Chem. Mater., 2006, 18, 6391-6396.

    30. [30] G. Q. Zhang, W. S. Jiang, S. X. Hua, H. F. Zhao, L. G. Zhang, Z. C. Sun, Nanoscale, 2016, 8, 16963-16968.

    31. [31] L. Kronik, Y. Shapira, Surf. Sci. Rep., 1999, 37, 1-206.

    32. [32] X. Y. Zhang, Z. Zhao, W. W. Zhang, G. Q. Zhang, D. Qu, X. Miao, S. R. Sun, Z. C. Sun, Small, 2016, 12, 793-801.

    33. [33] Z. Zhao, H. Q. Tan, H. F. Zhao, Y. Lv, L. J. Zhou, Y. J. Song, Z. C. Sun, Chem. Commun., 2014, 50, 2755-2757.

    34. [34] H. Q. Tan, Z. Zhao, M. Niu, C. Y. Mao, D. P. Cao, D. J. Cheng, P. Y. Feng, Z. C. Sun, Nanoscale, 2014, 6, 10216-10223.

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  3
  • 文章访问数:  1420
  • HTML全文浏览量:  99
文章相关
  • 收稿日期:  2018-01-23
  • 修回日期:  2018-02-05
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章