二氧化钛纳米管负载铂钯复合材料的合成及其光催化性能研究文献综述

文献综述

随着科学技术的发展，人们的生活质量日益提高，环境污染问题越来越严重，特别是农村地区的水环境^[1]。染料和染料溶剂是印染行业的主要环境污染物。传统染料废水物理去除方法难以分解染料分子，一些化学或者生物方法很难降解含有苯环的染料，因为它们的降解能力很弱，残留的有机污染物危害着人类的健康^[2]。光催化氧化技术是一种绿色的、高效的、低能耗的水处理技术^[3]。二氧化钛光催化技术在光催化降解各种污染物和光解水制氢方面具有巨大潜力。在紫外线照射下，二氧化钛可以产生电子空穴对。经过一系列反应，它可以在催化剂表面产生强氧化性羟基，然后将有机污染物氧化成无机氧化态^[4]。然而，纯二氧化钛的吸收波长范围很窄，主要在紫外线区域，太阳光的利用率小于5 %，而且光生载流子的复合率很高，导致量子效率低，限制了其光催化活性。纳米管结构使材料具有更大的比表面积，从而具有更高的吸附能力，提高了二氧化钛的光催化性能和光电转换效率^[5-7]。因此，研究二氧化钛负载金属纳米复合材料对解决上述问题具有重要的理论意义和实用价值^[8]。

当贵金属如铂、银、钯、金负载在二氧化钛表面时，其光催化性能可以得到有效改善。当掺杂贵金属时，因为贵金属的费米能级小于二氧化钛的费米能级，二氧化钛中的电子再分布导致二氧化钛价带中的电子向贵金属扩散。当费米能级相同时，扩散结束。此时，由于扩散作用，二氧化钛表面上的电子空穴数量减少，而贵金属具有许多电子，因此二氧化钛的电子空穴将不能重新复合, 从而提高了二氧化钛的光催化活性^[9]。铂催化活性高，选择性强，催化剂制备方便，用量少。可以通过改变和改进制造方法、与其他金属或催化剂活性组分复合来优化催化性能^[10,11]。钯也是一种具有相似物理性质的铂系金属。而铂钯合金具有协同效应，催化活性远远大于单一金属^[12,13]。当铂和钯以摩尔比1：1配比时，催化活性远大于其他配比，这是因为铂、钯是面心立方结构,1：1配比时能稳定存在^[14]。且铂钯合金与单一金属相比，反应条件温和，纳米粒子分布均匀^[14]。所以本课题采用二氧化钛纳米管负载铂钯合金纳米粒子。

水热法制备的纳米管具有小孔径、薄壁、比表面积大、高孔隙率和良好的催化活性的优点^[15,16]。因此，采用水热法制备二氧化钛纳米管。在pH值10左右负载铂钯合金纳米粒子形成肖特基结纳米复合材料，当金属与半导体接触时，电子从二氧化钛的更高费米能级迁移到沉积金属上，直到两个能级匹配，形成肖特基势垒，从而有效的抑制电子和空穴的复合，这导致金属中的负电荷过多，半导体中的正电荷过多，电荷分离保持在电荷耗尽层中。随着二氧化钛价带中空穴的积累，在界面处形成肖特基结，迫使光生电子离开空穴。此外，当光激发肖特基结时，从半导体穿过界面进入金属的光电子不会累积，而是直接形成漂移电流。因此，肖特基势垒的形成导致光诱导电荷的分离，以及分离的光电子的快速和连续迁移，这有助于空穴参与反应并提高光催化活性^[17]。

目前，对二氧化钛负载贵金属的研究很少，因此研究二氧化钛负载贵金属铂和钯的合成及其光催化活性非常有价值。

参考文献：

[1]尹志刚．农村水环境污染控制与治理技术分析[J]．黑龙江科学，2019，10(02)：130-131．

[2]黄华斌，顾威，庄峙厦，等．二氧化钛纳米管阵列制备及其对甲基橙的降解应用[J]．安徽农业科学，2016，44(36)：104-106．

[3]Low F W, Lai C W, Lee M K, et al. Enhance of TiO₂dopants incorporated reduced graphene oxide via RF magnetron sputtering for efficient dyesensitised solar cells[J]. Rare Metals, 2018, 37(11): 919-928.

[4]赵辉．光催化降解污水中氨氮的研究现状及发展前景[J]．化工技术与开发，2018，47(09)：37-39．