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能源匮乏已经成为一个威胁人类生存和发展的焦点问题。氢能具有高效、洁净、安全、稳定等诸多优点,被认为是非常有潜力的替代能源。采用光催化分解水制备氢气,通过半导体将取之不尽的太阳能转化为氢能,成为解决环境和能源问题的理想途径之一。发展光催化制氢技术的核心在于开发高效、稳定的催化材料。本文针对目前半导体在光催化制氢方面存在的问题,以微米级铜丝为模板,构建了一种具有三维结构的复合光催化剂——石墨烯/TiO2-Bi2O3/PMMA同轴中空微管,并采用多种手段对复合材料进行表征,.探索其光催化分解水产氢性能。主要研究内容如下:第一,以甲烷为碳源,采用化学气相沉积法在铜丝表面生长石墨烯。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱和原子力显微镜等手段对所制备的石墨烯样品进行表征,优化生长条件,并在铜丝上获得质量好、层数约2～3层的石墨烯。第二,在石墨烯包覆的铜丝表面,生成TiO2-Bi2O3复合半导体层,并包覆PMMA透明薄层后,采用过硫酸氨溶液刻蚀去铜丝,获得复合材料。研究结果表明:所制备的石墨烯/TiO2-Bi2O3/PMMA复合光催化材料具有中空微管结构。通过窄带隙p型半导体Bi2O3与宽带隙n型半导体Ti02复合,构筑异质结构,拓展了复合材料的光谱响应范围,抑制了光生电子-空穴对的复合。石墨烯内层不仅起到支撑的作用,也加快了电子的运输,有助于提高量子效率。第三,对石墨烯/TiO2-Bi2O3/PMMA中空微管材料进行光解水制氢性能测试。以三乙醇胺为牺牲剂,在300 W氙灯辐射下,复合材料展现出卓越的光解水制氢效果。其中,Bi2O3与TiO2质量比为2 wt%的复合材料产氢活性最佳,光照5 h的产氢量达到607.30 μmol,是纯TiO2(32.13 μmol)的18.9倍。复合材料对可见光吸收性能的提高、光生载流子分离效率的提升、光稳定性的增强以及材料特殊的几何结构是其光解水制氢能力显著提高的主要原因。