【摘 要】
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光催化技术旨在利用太阳能解决能源短缺、环境污染等问题,但是目前的光催化材料都存在某些缺陷,如TiO2材料的可见光响应能力较差;钙钛矿材料禁带宽度大、可见光吸收能力差等等,严重制约着其在光催化领域的应用。为了解决光催化材料存在的缺陷,研究人员尝试了多种方法来改善这些光催化材料在反应中的表现,但是并未彻底解决此类问题。针对这些缺陷,本文尝试采用形貌调控和异质结构建这两种手段的协同作用来提升材料在光催化
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光催化技术旨在利用太阳能解决能源短缺、环境污染等问题,但是目前的光催化材料都存在某些缺陷,如TiO2材料的可见光响应能力较差;钙钛矿材料禁带宽度大、可见光吸收能力差等等,严重制约着其在光催化领域的应用。为了解决光催化材料存在的缺陷,研究人员尝试了多种方法来改善这些光催化材料在反应中的表现,但是并未彻底解决此类问题。针对这些缺陷,本文尝试采用形貌调控和异质结构建这两种手段的协同作用来提升材料在光催化反应中的表现。主要通过增大材料的比表面积,使更多的活性位点参与到反应中,提升光生载流子的迁移效率,以达到提高材料光催化性能的目的。具体的研究内容和结果如下:（1）借助超声喷雾热解设备制备出具有甜甜圈结构的Cu/TiO2,再通过原子层沉积技术构建具有异质结结构的ZnO/Cu/TiO2,这种结构一方面有助于提升光催化材料的光吸收能力,同时也使得更多的活性位点参与到光催化反应中,改性后的材料在助催化剂的情况下,可见光响应的光催化产氢能力达到342.0μmol·g-1·h-1,是传统TiO2材料的8倍,改性方法对于其催化性能有明显的改善。（2）以PMMA纳米球为模板,利用光沉积法制备出具有3D有序多孔结构的g-C3N4/Cu2O/TiO2材料,这种光催化材料显示出卓越的光催化性能,光催化产氢效率高达12108μmol·g-1·h-1。3D有序多孔结构增大了光催化材料的比表面积,暴露了更多的活性位点。而这种多孔结构与异质结结构的协同作用不仅增强了光吸收能力,也提升了光生载流子的迁移效率,同时催化剂中Cu2O的引入取代了传统助催化剂Pt的作用,降低了实验成本。（3）借助PMMA纳米球,制备出具有3D有序多孔结构的CaTiO3,通过溶剂热法和冷冻干燥技术制备出CaTiO3/GO/ZnIn2S4。该光催化剂引入的ZnIn2S4反应条件温和,同时具有优秀的可见光响应能力,结合3D有序多孔这种特殊结构,提高了光催化剂的催化活性,光催化产氢速率可以达到13473.1μmol·g-1·h-1。同时根据测试结果分析,提出了相应的光催化反应机理。
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