利用太阳能光催化分解水制取清洁的氢能源,对保持人类可持续发展有着十分重要的现实意义,制备具有可见光活性的光催化剂一直是太阳能分解水制氢研究的难点和热点。本论文旨在尝试采用不同种类的模板剂,合成具有可见光响应性能的系列纳米多孔InVO4催化剂,以期提高光解水制氢反应的效率。 本文尝试通过两种不同的途径制备系列纳米多孔InVO4光催化剂：一方面,以阳离子表面活性剂CTAB及非离子表面活性剂P123、DDA、TDA和HDA作“软模板剂”,采用模板剂导向自组装法制备纳米多孔InVO4催化剂；另一方面,考虑到在高温脱除软模板剂过程中,催化剂的孔道容易塌陷,难以获得规整的介孔结构,以CNTs和SBA-15作硬模板,采用硬模板水热合成法制备负载型InVO4催化剂。采用XRD、TEM、SEM、SAED、BET以及UV-Vis等表征手段对催化剂的晶相组成、表面形貌、比表面积和吸光性能等性质进行了表征,深入研究和讨论了合成时无机源与模板剂的摩尔比、负载量、孔径、pH值、晶化温度、晶化时间、溶剂萃取和煅烧温度等合成条件对样品的物理化学特性的影响。分别在紫外光及可见光的激发下,考察了系列纳米多孔InVO4光催化剂分解水产氢的活性,并重点探讨了负载NiOx和向体系中加入牺牲剂对产氢速率的影响。 实验结果表明,软模板剂法制备的系列InVO4催化剂具有多种不同的形貌：InVO4-CTAB具有典型的虫孔状结构,InVO4-P123具有层状结构,表现为具有多级结构的层状聚集体,而InVO4-RDA则为纳米粒子。通过控制煅烧温度可以选择性的制备不同晶相组成的InVO4光催化剂：600℃煅烧所得InVO4催化剂为纯单斜晶相,900℃煅烧为纯正交晶相,而700℃、800℃煅烧所得样品为单斜和正交晶相的混晶相。InVO4-CTAB与InVO4-P123的比表面积分别达到65.7 m2g-1,79.5 m2g-1。软模板剂法制备的纳米多孔InVO4催化剂与固相烧结法制备的体相InVO4相比,在可见光区的吸光性能有较大的提高,吸收阈值扩展到了800 nm。InVO4-CTAB、InVO4-P123、InVO4-HDA在可见光激发下分解纯水具有较高的活性,反应4 h内的平均产氢速率分别为100.4μmolg-1h-1,120.5μmolg-1h-1,65.8μmolg-1h-1,负载NiOx后,产氢速率明显提高。 用硬模板法制备InVO4/CNTs及InVO4/SBA-15后,硬模板CNTs及SBA-15的管道和孔道结构保持完整,InVO4在CNTs和SBA-15表面分布均匀,比表面积分别达到102.1 m2g-1及213.1 m2g-1。在可见光激发下,20 wt％InVO4/CNTs-2040和50wt.％InVO4/SBA-15分解纯水的平均产氢速率分别为156μmolg-1h-1和202.4μmolg-1h-1,加入牺牲剂甲醇后产氢速率明显提高。InVO4/CNTs及InVO4/SBA-15的高的光催化活性与催化剂的高比表面积及晶相组成有关。 对本文制备的系列纳米多孔InVO4催化剂的量子效率和能量转化效率进行了计算和分析,按量子效率的大小排列依次为InVO4/SBA-15,InVO4/CNTs-2040,InVO4-P123,InVO4-CTAB,InVO4-HDA,InVO4-TDA,InVO4-DDA。其中,具有最佳催化活性的50 wt.％InVO4/SBA-15在可见光激发下,分解甲醇水溶液产氢时的量子效率和能量转化效率分别达到10.54％和3.81％。从模板作用、晶相组成、吸光性能、助催化剂及牺牲剂几个方面对催化剂产氢性能的影响规律进行了总结,并提出了进一步提高量子效率及能量转换效率的途径和思路。