Ultrafine metal nanoparticles loaded on TiO_2 nanorods:Synthesis strategy and photocatalytic activity  

超细金属纳米粒子修饰的二氧化钛纳米棒:合成策略和光催化活性（英文）

作　　者：代卫炯 闫俊青 戴珂[3] 李兰冬[2] 关乃佳[2] 

机构地区：[1]华中农业大学理学院,湖北武汉430070 [2]南开大学化学学院先进能源材料化学教育部重点实验室,天津300071 [3]华中农业大学资源与环境学院,湖北武汉430070

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2015年第11期1968-1975,共8页催化学报（英文）

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(21307035);the Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin)~~

摘　　要：Ultrafine noble metal nanoparticles （Pt, Pd, or Au） co-catalyst loaded on the surface of rutile and brookite TiO2 were prepared via a simple photo-deposition strategy under high vacuum conditions. The properties of the prepared samples were determined by different characterization techniques, including X-ray diffraction, transmission electron microscopy, diffuse reflectance ultraviolet-visible spectroscopy, and photoluminescence spectroscopy. The photocatalytic performance of the samples was evaluated by monitoring the reforming of methanol. Co-catalyst loading greatly improved the photocatalytic activity of TiO2. Specifically, Pt-TiO2 displayed the highest photocatalytic activity among all samples studied, followed by Pd-TiO2 and then Au-TiO2. Furthermore, this photocatalytic behavior was not influenced by the intrinsic nature of the TiO2 semiconductor photocatalyst. Similar photocatalytic activity trends were achieved with both sets of noble metal-loaded photocatalysts prepared using rutile and brookite TiO2 as supports. By examining the physicochemical and photocatalytic properties, the factors controlling the photocatalytic activity of the noble metal-loaded TiO2 samples were discussed in detail.作为一种新兴技术,半导体催化在太阳能转化、环境净化以及有机合成等多种领域中具有重要的用途,因而近年来引起了研究者的广泛关注.在众多半导体材料中,TiO2具有价廉,无毒,来源广泛和光化学稳定等优点,被认为是太阳能转化领域最有潜力的催化剂.然而,由于其相对较宽的禁带宽度和激发条件下较快的光生电子和空穴的复合率,导致TiO2在太阳能转化过程中具有较低的量子效率.为了克服以上缺陷,研究者尝试了多种方法来提高TiO2的量子效率,如TiO2的表面修饰以及元素掺杂等.其中,过渡金属尤其是贵金属(如Au,Pd和Pt等)的掺杂能有效提高其催化效率,主要原因在于大多数贵金属的费米能级低于TiO2半导体催化剂,因此,光生电子迁移到催化剂表面的同时,会被贵金属捕获,进而有效地防止电子与空穴的复合,提高其催化效率.在众多贵金属助催化剂中,Pt因具有较大的功函数和较低氢过电势而被认为是TiO2在光解水反应中最好的表面修饰剂.然而,有关贵金属负载的TiO2在光解水反应中的系列性的对比研究还相对较少,一些基础的问题还有待解决.如在相同激发条件下,不同贵金属如何影响TiO2的光催化活性?TiO2的晶体结构对其光催化活性是否有影响?在TiO2的三种晶体结构中,金红石和锐钛矿的光催化活性得到了较多的研究,而有关板钛矿的研究却较少.基于此,本文首先采用水热法合成纳米棒状的锐钛矿和板钛矿TiO2,随后利用光沉积法在上述TiO2载体上负载不同的贵金属(Pt,Pd和Au)助催化剂,利用透射电镜(TEM),紫外可见光谱(UV-Vis),荧光光谱(PL)等手段对比研究了贵金属助催化剂和晶体结构对其催化光解水制氢反应的影响.射线衍射(XRD)结果表明,负载贵金属后的锐钛矿和板钛矿晶型保持完好,且未出现贵金属物种的衍射峰.UV-Vis结果表明,负载贵金属后的锐钛矿和板钛矿样品的�

关 键 词：Photocatalyst Hydrogen production Rutile Brookite Co-catalyst 

分 类 号：O614.411[理学—无机化学] O643.36[理学—化学]