Pt/r-GQDs/TiO2纳米光催化剂的制备及其性能研究
摘要：在对大量文献进行分析的基础上，发现与其他半导体光催化材料相比，TiO2具有无毒、催化活性高、稳定性好、耐腐蚀、易于制备和使用等优点，但是存在（1）光吸收范围过窄，往往只对紫外光有吸收；（2）光生电子-空穴复合率高这两个主要问题。而石墨烯量子点具有非常快的电子迁移率和强的可见光吸收这一优点，故本课题在研究时，想到了选取还原石墨烯量子点作为复合体与二氧化钛纳米管进行复合来解决上述两个问题，制备高效的光催化剂。此外，通过文献发现在此复合材料的基础上负载金属Pt，可以提高其光催化水解制氢的性能。
关键词：光催化剂； TiO2； 产氢性能
一、文献综述
随着工业和科技的发展，世界各国对能源的需求不断增大，以煤、石油、天然气为主的化石能源面临的枯竭危机日益加重。为了实现人类社会的可持续发展，我们需要寻找到清洁、可再生的能源。在此情况下，各类新型能源应运而生，在大多数的新型能源中，氢能（可持续型能源）以其清洁环保(H2→H2O)、效率高、储量丰富的特点，被认为是本世纪最具潜力的清洁能源，而且开发氢能也是人类的战略能源发展方向。光催化水分解技术为大规模制氢提供了一条有前途的、可持续的途径。光催化是一个通过将光能转化为化学能，促进化合物的合成或分解的过程，在此过程中，光催化剂起着重要作用。
- 、半导体光催化材料
光催化是一个通过将光能转化为化学能，促进化合物的合成或分解的过程。由于半导体具有光敏性，在光照条件下能产生光生电子-空穴对，从而引发吸附物种的氧化还原反应，因此在光催化体系中半导体材料的研究最为广泛且深入。其中，最具开拓意义的工作是日本东京大学Fujinshima在20世纪70年代初使用TiO2半导体单晶电极发生光催化反应，将水催化分解生成氢气和氧气,此后全世界的学者都对光催化材料展开了广泛的研究。
2006年，杜娟采用水热、溶剂热等方法制备纳米CdS半导体光催化剂，研究了甲酸水溶液光催化制氢的光催化性能，并用电化学的方法测定相应的CdS光腐蚀程度。结果表明，溶剂、反应物、温度等都可以通过影响CdS的晶型与结晶度来影响其光催化性能，并且随着CdS光腐蚀程度随着CdS的结晶度的提高而显著降低。此外，她还采用了光化学沉积法在CdS半导体光催化剂上沉积Pt制备Pt/CdS光催化剂，研究了光刻蚀法改性CdS半导体光催化剂对其光催化制氢活性的影响。结果表明，与未经处理的样品相比，经过1小时光刻蚀处理的Pt/CdS光催化剂的光催化制氢活性提高了126%，但是过度的光刻蚀反而会降低其催化活性。
2016年，宋开南采用醇热法制备氧化钨（W18O49），研究了醇热温度、热处理的时间、钨源用量对氧化钨（W18O49）晶相和形貌的影响，以及氧化钨（W18O49）的光催化异丙醇脱水制丙烯的光催化性能。结果表明，在钨源WCl6用量为3.0g，醇热温度为180℃，热处理时间为24小时条件下合成的氧化钨（W18O49）的光催化性能最优。此外，他还采用简单溶剂热的方法制备W18O49/g-C3N4复合产物，研究了其光催化水解产氢性能。结果表明，与g-C3N4相比，W18O49/g-C3N4复合物的产氢性能大大提高。W18O49（30wt%）/g-C3N4样品的光解水产氢效率最高，为3.69micro;mol/h，约是单纯g-C3N4的4.5倍。
2017年，崔宇采用三元溶剂水热法制备一维线型FexSy前驱体，并将其与CdS QDs复合，得到复合光催化剂，研究了该复合光催化剂催化分解水的性质。结果表明，复合光催化剂的催化性能与制备过程中的硫源种类、铁源与硫源的摩尔比、退火温度、产物形貌等有关，优化实验条件后的最佳催化性质为519.6micro;mol/h，由于同条件下的Pt的催化性质。此外，他还采用了高压水热法制备海胆状Ni3S2纳米材料，然后采用二次水热法制备Ni3S2@C非贵金属助催化剂，并与CdS复合得到高效光催化剂，研究了该催化剂的催化活性。结果表明，其最优化性质为1164.7micro;mol/h，远超同条件下的Pt/CdS催化剂，并其稳定性基本可以与Pt/CdS光催化剂持平，经过12h反应后该催化剂只有9.7%的损失，Pt/CdS的损失为9.4%。
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