CO在Pt/TiO2+Nb催化剂上吸附态的红外考察

近年来,Pt/TiO_2体系是人们研究金属-担体强相互作用、光解水制氢和水煤气变换反应等的典型催化剂.作者曾用红外光谱和电导法证明了Pt/TiO_2体系的氢反溢流.但是,对于掺有微量Nb_2O_5的Pt/TiO_2+Nb体系上CO吸附态的红外光谱研究,至今未见文献报道.我们用红外光谱法考察了CO在Pt/TiO_2+Nb催化剂上的表面吸     

CO+H2O液相光反应的Pt/TiO2催化剂表面性质的研究

发现了高温氢后处理能有效地改变Pt/TiO_2的表面性质,明显地提高了它对CO+H_2O液相光反应的性能。为此,用动电位扫描法研究了Pt/TiO_2表面性质的变化对固-液界面电荷传递过程的影响。结果表明,经高温氢处理后所产生的Pt—TiO_2之间的强相互作用引起了Pt-TiO_2接触特性和Pt/Ti0_2催化剂表面性质的改变,从而加速了固-液界面电荷传递过程,提高了Pt/TiO_2对CO+H_2O液相光反应的性能。还观察到Pt/TiO_2表面性质的改变可导致CO和Pt/TiO_2光电极之间电荷的直接交换。     

Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用——Ⅱ. 程序升温还原和程序升温氧化研究

本文采用TPR、TPO技术分别考察了氧处理Pt/TiO_2上氧物种的还原行为和氢还原样品的氧化过程.TPR结果表明,表面含有活泼氧物种的Pt/TiO_2样品对氢很活泼,室温条件下可以吸附大量氢,并且这些吸附氢又可以在TPR过程中脱附.表面活泼氧物种与氢的反应温度在500—673K之间,当大于673K时,Pt/TiO_2继续耗氢,可能是氢与还原产生的表面Ti~(3+)离子进一步反应生成钛—氢物种,并向TiO_2体相扩散与TiO_2体相晶格氧发生反应.对于773K还原的Pt/TiO_2作品,室温吸附氧在TPD过程中可以与表面吸附氢反应;473K氧化处理可以消除表面的吸附氢,但并不能完全去除体相储氢;573K氧化处理则基本上恢复了原样品的氧化状态.不同温度氢还原处理的Pt/TiO_2样品在动态氧化过程(TPO)中,在300-600K温区,气相氧与样品上表面吸附氢和表面氧空位反应;在大于600K温区,氧主要与表面钛—氢物种发生反应,并向体相扩散,与体相氢发生反应.文中描述了气相氢、氧分别与Pt/TiO_2催化剂存在的氧或氢物种作用的形式.     

Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用 Ⅰ.氢、氧的吸咐—脱附行为以及相互促进作用

本文采用程序升温脱附(TPD)技术研究了光沉积方法制备的Pt/TiO_2催化剂经过氧化、还原后氧、氢的脱附行为.光沉积过程中,Pt/TiO_2表面上可以生成大量的吸咐氢,在TPD中脱附;同时Pt/TiO_2表面上化学吸附的水在TPD过程中也可以分解释氢.氧化处理的Pt/TiO_2在TPD过程中于550～750K温区出现氧脱附峰,随着氧化温度升高,脱附峰位向高温移动,经实验证明,这种可脱附活泼氧物种的生成是由样品前身中留存氢引起的.还原处理的Pt/TiO_2在TPD过程中分别在300～600和大于600K出现两个氢脱附峰,认为是由于表面羟基和钛—氢(Ti~(4+)—H~-)物种的分解释氢引起的Pt/TiO_2上活泼氧物种的存在,增加了样品在室温条件下的吸氢量;在中温(473～573K)这种活泼氧物种则和氢发生反应,减少了TPD过程中的脱氢量;Pt/TiO_2在大于673K温度还原,可以消除活泼氧物种的影响.     

某些有机添加物对Pt/TiO2水悬浮体系光产氢性能的促进

将无机半导体与有机光敏材料结合于同一体系以提高光解水过程的光反应性能受到广泛的注意.Gratzel等在Pt/TiO_2/RuO_2与长链烷基取代联吡啶钌络合物所组成的体系上,得到了可见光光解水的成功结果.甲基紫精(MV)作为电子载体可以促进半     

Pt/TiO_2·Nb_2O_5体系在H_2和CO气氛中的电导

近年来,Pt/TiO_2金属-半导体型催化剂在光解水制氢、水煤气变换反应和金属担体强相互作用研究中受到了人们的重视。作者曾报道过电导法检知Pt/TiO_2的晶间氢,探讨了H_2和Pt/TiO_2之间相互作用的机理,电导与红外光谱法相结合证明了Pt/TiO_2体系氢的反溢流。本工作进一步用电导法考察掺杂微量Nb_2O_5的Pt/TiO_2·Nb_2O_5体系在程序升温还原过程     

在Pd/TiO2上乙烯和水的光催化反应

在Pt/TiO_2上进行光催化分解水制取氢气和其他光-化学转换的研究已引起人们浓厚的兴趣.据Bard的微电池模型,由于产物氢、氧处于同一反应空间容易发生重合,致使量子效率很低.为了提高光能的利用率,近几年来,曾试验加入第二组分来提高氧化还原产物的产量.如果所加入的组分能与光生氧物种迅速反应,那么既可得到有用的氧化产物,又能阻止氢氧逆反应而同时获得氢燃料.Sakata等考察了醇和水混合体系的光催化反应,发现放氢效率有较大提高,同时在溶液中检知有少量有机氧化物等中间物生成,但是最终光氧化产物则是CO_2.Kawai等和St.John等分别在RuO_2/TiO_2/Pt,Pt/     

光沉积Pt/TiO2催化剂及其光催化性能

采用光电方法制得了高分散的Pt/TiO_2催化剂。由氢吸附和X光线宽化法测得的结果表明,当铂含量低于2％时,铂颗粒小于30A。同时,通过透射电子显微镜观察到在TiO_2上Pt的分布是均匀的。 在紫外光照射下,Pt/TiO_2催化剂的水悬浮体系具有一定的光解水活性,并发现催化剂的铂含量在2％到5％范围内其光催化活性较高。     

Au/TiO_2,Ru/TiO_2,Pt/TiO_2光阳极的电流-电压特性及制备

用碱性光电化学池观察到异常的 Pt/Tio_2 I-V 特性,可能是 Pt-TiO_2之间的相互作用对表面态的影响所致,和无金属的 TiO_2比较,Au/TiO_2改变了阳极曲线的起始电位,有利于光阳极的析氧性能的改善,而Ru/TiO_(2),Pt/TiO_2有助于阴极极化的减少。     

镀铂TiO2-三-2，2’-联吡啶铑络合物悬浮体系光解水的试探

作者曾报道用杂化光电化学池进行的光解水试探试验,但其结果是在两个半池间存在pH差值的情况下获得的.近年来,文献上出现了不少关于镀铂TiO_2(Pt/TiO_2)的特有光催化性能的探讨.在我们实验室中也利用Pt/TiO_2从中性水溶液中光解水得到氢.在以上实验基础上,我们又进一步考察了Pt/TiO_2—三氯-三-2,2’-联吡啶铑[Rh(bpy)_3Cl_3]水溶液悬浮体系的光分解行为.本文将报道实验的初步结果.     

金属-半导体催化剂Pt/TiO2的表面微观结构

用透射电镜(TEM)技术研究了Pt/TiO_2催化剂的表面形貌。经高温下氢处理的Pt/TiO_2,表面上原来高分散的不规则的Pt微粒发生迁移并构成多边形粒子。暗场TEM照片上的“蝶”形图象说明多边构形实际是外延生长的Pt多面体微晶。确定了在氢气氛中加热是造成TiO_2半导体表面缺陷,并导致Pt粒子规整构形的重要条件。还发现Pt/TiO_2的表面微观形貌和催化性能之间有并行关系。用金属-半导体相互作用的观点可以合理地解释这些结果。     

CO存在下Pt/TiO2催化剂光解水的性能

水的光催化分解在悬浮于水溶液里的各种Pt/TiO_2光催化剂上进行。当体系引入CO时,氢的产量大大提高,并得到了符合化学计量的氢和CO_2。实验证明氢和氧确实来源于水的光分解。TiO_2的预处理条件对于Pt/TiO_2的光催化活性影响很大,经过700℃氢气还原的TiO_2(锐钛矿)制成的催化剂性能较好。     

TiB_2/均相硼掺杂TiO_2核/壳结构提升光催化氧化水产氧活性（英文）

光催化可实现污染物降解、分解水制氢和CO_2还原等多种氧化还原反应,因而受到了广泛关注.光催化材料中光生电荷的数目与氧化还原能力直接影响光催化反应效率,在许多光催化反应中,光生空穴氧化反应被认为速控步骤.以光催化分解水为例,质子的还原是单电子过程,水氧化产生氧气则涉及四个电子.空穴的高能量不仅可赋予其高的氧化能力,还能提高其迁出表面的能力,因此具有重要研究价值.我们组的前期工作表明,以TiB_2作为前驱体,采用水热合成和焙烧两步法可制备出间隙硼掺杂的金红石相或锐钛矿相TiO_2,间隙硼掺杂可显著降低价带顶,提升光催化氧化水产氧性能.然而,在已有的结果中,间隙硼掺杂浓度在TiO_2中均呈现从内向外逐渐增加的梯度分布,这意味着硼掺杂浓度有限,且表层更低的价带顶不利于体相光生空穴向表面迁移,因此亟需实现TiO_2中均相的间隙硼掺杂.本文以湿化的氩气为水解环境,将水解过程限域在TiB_2的表面以减少硼原子流失;同时提高水解温度,使残留的硼原子形成间隙掺杂,避免其在二次焙烧时扩散,从而在TiB_2核的表面所形成的TiO_2壳层中实现均相间隙硼掺杂,显著提高了光催化氧化水产氧活性.多种表征结果表明,直径约为6–10μm的TiB_2核表面形成了厚约400 nm的TiO_2壳层,在TiO_2/TiB_2中TiO_2壳层重量比约为30%,TiO_2壳层中锐钛矿相TiO_2占比为65 wt%,金红石相TiO_2占比为35 wt%.TiO_2壳层中间隙硼为均相分布,硼掺杂显著降低了价带顶位置,提高了光生空穴的氧化能力,从而使得TiB_2/TiO_2展现出比未掺杂的金红石、锐钛矿相及两者混合相的TiO_2均具有更高的光催化氧化水产氧的能力.     

Pd/Pt二元合金电极的制备及氧还原性能

本文利用欠电位沉积亚单层的Cu及Pt置换取代Cu的方法, 制备了具有不同表面元素组成的Pd/Pt二元合金电极(用Pd/Ptx表示, x指欠电位沉积Cu-Pt置换取代Cu过程的次数),并对其表面元素组成、氧还原性能进行了表征. 在控制欠电位沉积Cu的下限电位恒定(0.34 V)的前提下, 表面Pt/Pd的元素组成比通过重复欠电位沉积Cu及Pt置换取代Cu的次数(1~5次)来可控地调变. 光电子能谱(XPS) 以及红外光谱实验表明,Pd/Ptx电极表层区的Pt：Pd元素组成比随着Pt沉积次数增加而增加, 对Pd/Pt4电极, 在电极表层区约2~3 nm内的Pt/Pd的原子比大约是1:4,而最表层裸露Pd原子的比例仍在20%以上。循环伏安结果显示, 随着Pt沉积次数的增加(1-5次), Pd/Ptx电极表面越不易被氧化。氧还原测试结果显示随着Pt沉积次数的增加(1~4次), Pd/Ptx二元金属电极的氧还原活性依次增加, 经过第3次沉积后其氧还原活性已优于纯Pt,而经4次以上沉积,其氧还原活性基本不变。在其它反应条件相同条件的前提下, Pd/Pt4电极上氧还原的半波电位与纯Pt相比右移约25 mV。结合本文与文献的实验结果,我们初步认为Pd/Ptx二元金属体系氧还原性能改善主要源自表层Pd原子导致其邻近的Pt原子上含氧物种吸附能的降低.     

用电导和红外光谱法研究Pt/TiO2的金属-半导体相互作用

用电导和红外光谱法研究了 Pt/TiO_2体系的金属-半导体载体的相互作用。随着氢预处理温度的升高,Pt/TiO_2体系的电导逐渐增加,CO吸附态的红外谱带强度变弱和逐渐“红移”,表明活化的氢驱动了TiO_2与金属Pt之间的电子传递。还发现CO吸收主峰红移后,又随平衡时间的延长而“紫移’,电导值也相应地下降,这是由于Pt/TiO_2体相的质子 H~ 反溢流至Pt/TiO_2表面与吸附态的CO发生作用的结果。讨论了在氢参与下金属 Pt与半导体TiO_2之间相互作用的动态变化过程。     

MoS_2负载TiO_2纳米棒提高光催化制氢活性

光解水制氢技术是解决能源环境问题的理想途径.本研究采用水热法及离子交换法制备出TiO_2纳米棒,再用水热法将MoS_2担载到TiO_2表面制备MoS_2/TiO_2复合光催化剂.通过X射线衍射、紫外可见漫反射光谱和电镜对MoS_2/TiO_2进行表征.结果表明水热合成的锐钛矿TiO_2为棒状结构,负载并未改变TiO_2的晶型和形貌.活性测试表明,负载MoS_2后,TiO_2产生的光生电子能迅速传递到MoS_2表面,抑制了光生电子-空穴的复合,从而显著提高产氢活性.当负载量为0. 5%(w)时活性最高,为545. 6μmol/h,达到未负载MoS_2时的4. 2倍.     

Pt（111）电极上O2与OHad的吸脱附及氧还原反应动力学

研究了Pt（111）电极在0．1mol／LHClO4溶液中O2吸附与OHad脱附及氧还原反应的动力学．研究发现OHad的可逆吸脱附速率很快;在氧还原的动力学或动力学与传质混合控制区,恒电位下氧还原的电流随反应时间缓慢衰减,在转速较大,扫速较慢的情形下正向扫描过程中氧还原的电流总是明显低于逆向扫描的电流;Pt／0．1mol／LHClO4从无O2切换到O2饱和时,其开路电位迅速从0．9V增加到1．0V．结果表明,Pt（111）电极上O2解离生成OHad速率很快,ORR过程中OHad会在表面缓慢积累,氧还原反应的动力学主要由反应 OHad＋H^＋＋e→←H2O的平衡热力学决定．     

铂电极上锑吸附原子对1,2-丙二醇电催化氧化性能的影响

运用电化学循环伏安(CV)和电化学原位石英晶体微天平(EQCM)研究了Pt电极表面不可逆吸附Sb原子的电化学特性以及Pt电极上Sb吸附原子对0.1mol·L-1H2SO4溶液中1,2 丙二醇电催化氧化性能的影响.研究发现,当扫描电位的上限Eu≤0.50V(SCE)时,Sb可以稳定地吸附在Pt电极表面,饱和覆盖度为0.34;通过控制电位扫描上限和扫描圈数剥离部份Sb可方便地得到Sbad的不同覆盖度;Pt电极表面Sb吸附原子能在较低的电位下吸附氧,可显著提高1,2 丙二醇电催化氧化活性.与Pt电极相比较,Sb饱和吸附原子修饰的Pt电极使1,2 丙二醇氧化的峰电流增加了近2倍.作者还从表面质量变化提供了吸附原子电催化作用的新数据.     

新型复合电极与偶氮染料分子的氧化降解反应的研究

介绍了具有合成H_2O_2和光催化性能的双功能型复合电极、双功能复合电极是 将TiO_2/C光催化剂负载在具有合成H_2O_2性能的新型载体上形成的。在光反应器 中,复合电极作阴极,钌-钛不溶性电极作阳极,低压汞灯作光源,实现了光化学 氧化与光催化氧化在同一电极/溶液界面上的联合作用。当反应器工作时,复合电 极中的TiO_2/C光催化层表面进行着光催化反应,在载体的三相界面上进行着O_2的 2电子H_2O_2的电化学反应,电流效率达82%（J = 15 mA/cm~2）,为·OH自由基的 生成提供了物质源,而且氧的2电子还原反应电位使其表面的TiO_2获得相对于平带 电位约+0.5 V的阳极偏压,改善了TiO_2的光催化活性。实验结果表明,复合电极 对提高偶氮染料分子活性艳红（K-2BP）的氧化降解速度起了重要作用。实验发现 偶氮染料分子在复合电极表面的吸附量与反应速度密切相关。文中讨论了复合电极 的作用原理及偶氮染料分子的氧化降解过程。     

羧基功能化石墨烯增强TiO_2光催化产氢性能（英文）

利用半导体光催化剂(Cd S、g-C_3N_4、TiO_2等)产氢是将太阳能转换为氢能以满足未来能源需求的前瞻性策略之一。在众多光催化剂中,TiO_2因其合适的还原电位和出色的化学稳定性而备受关注。然而,TiO_2受光激发产生的电子和空穴容易发生猝灭而表现出有限的光催化性能。由于具备优异的导电性和稳定性,石墨烯可以作为一种有效的电子助剂加速光生电子的传输,进而提高TiO_2的产氢性能。但是,在光催化反应中,除了光生电子的快速转移外,石墨烯表面的界面产氢反应也非常重要。因此,有必要进一步优化石墨烯的微观结构(功能化石墨烯),以提高石墨烯基TiO_2光催化剂的产氢性能。通常,石墨烯的功能化是一个可以在石墨烯表面上引入产氢活性位点的有效策略。与非共价功能化(例如在石墨烯表面上加载Pt,MoSx和CoSx)相比,石墨烯的共价功能化可以通过化学反应将产氢活性位点与石墨烯表面的官能团相结合,并形成强相互作用,有利于界面的产氢反应。本文将开环和酯化反应制备的羧基功能化石墨烯(rGO-COOH)成功地通过超声辅助自组装法修饰TiO_2得到高活性的TiO_2/rGO-COOH光催化剂。傅立叶变换红外(FTIR)光谱显著增强的―COOH官能团特征峰、X射线光电子能谱(XPS)中的峰面积变化和热重(TG)曲线的质量变化证实了GO向rGOCOOH的成功转变。X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、XPS和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)等一系列表征可证明TiO_2/rGO-COOH光催化剂的成功合成。光催化产氢测试结果表明TiO_2/rGO-COOH样品表现出较高的产氢活性(254.2μmol·h~(-1)·g~(-1)·),分别是TiO_2/GO和TiO_2的2.06和4.48倍。光催化活性提高可归因于羧基功能化石墨烯中具有优异亲核性的羧基可以富集氢离子,并作为有效的产氢活性位点,显著地提高TiO_2的界面产氢反应速率。这项研究为我们在光催化产氢领域中开发高活性石墨烯负载的光催化剂提供了新的思路。