【摘 要】
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半导体光生电荷分离是光催化过程中的关键步骤之一,其效率极大地影响了最终光催化性能.将TiO2纳米片与石墨烯复合,能够促进TiO2中光生电子和空穴的分离,从而提高其光催化活性
【机 构】
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中国科学技术大学化学与材料科学学院合肥微尺度物质科学国家研究中心 合肥230026;西安交通大学 国际可再生能源研究中心动力工程多相流国家重点实验室 西安710049
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半导体光生电荷分离是光催化过程中的关键步骤之一,其效率极大地影响了最终光催化性能.将TiO2纳米片与石墨烯复合,能够促进TiO2中光生电子和空穴的分离,从而提高其光催化活性.为了研究光生电荷的分离对TiO2/石墨烯复合材料光催化性能的影响,通过调控TiO2纳米片的尺寸来调节TiO2/石墨烯复合材料中光生电荷分离的能力,然后研究其对TiO2/石墨烯复合材料光催化性能的影响.合成了一系列不同厚度的TiO2纳米片,将其与石墨烯复合,并通过光沉积负载Pt纳米颗粒作为助催化剂,用于光催化产氢.实验结果显示,随着TiO2纳米片厚度减小,其与石墨烯形成的复合结构的光催化性能显著提高.这主要是由于TiO2纳米片厚度减小时,光生电子沿厚度方向穿过TiO2纳米片迁移到石墨烯的距离缩短,从而减少了光生电子在迁移过程中与空穴的复合;同时TiO2纳米片厚度减小使其比表面积增大,使得TiO2/石墨烯界面面积增大,从而使石墨烯更好地分离出TiO2中的光生电子,有更多的光生电子到达石墨烯参与催化反应,提高TiO2/石墨烯复合材料的光催化性能.此研究表明通过控制TiO2纳米片的尺寸来调控TiO2/石墨烯复合材料中光生电子和空穴的分离,是显著提高其光催化性能的有效途径.
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