论文部分内容阅读
TiO2因其无毒、化学性质稳定被认为是一种具有广阔应用前景的光催化材料，然而较宽的光学带隙和较快的光生载流子复合速率限制其在市场的应用前景。为了提升TiO2的光催化效率，研究人员已采用一系列的方法来克服上述的缺陷，常用的方法包括化学掺杂、染料敏化、与窄带隙半导体复合、贵金属纳米颗粒修饰等等。在贵金属纳米颗粒修饰TiO2时，金属纳米颗粒能起到两方面作用：一方面金属纳米颗粒与TiO2之间形成的肖特基势垒能更有效地促进光生载流子的分离，另一方面某些贵金属纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应可以增加TiO2对可见光的吸收。另外通过制备具有特殊微结构TiO2材料也提升其光催化性能，其中反蛋白石结构光子晶体由于其独特的物理特性，近年来受到了光催化研究领域人员的极大关注。这主要是因为光子晶体作为一种有序大孔结构，较大的比表面积能够增加材料与光的接触面积，并且大孔结构增加了光子在材料内部的多重散射，增加了材料与光的接触时间。同时光子晶体特有的慢光效应还能有效降低光子在光子禁带边缘的传播速度，进一步延长光子与材料的相互作用时间，提高材料对光子的吸收。因此，将光子晶体与金属纳米颗粒相结合是提高TiO2材料光催化性能的可行途径之一。本文的研究内容主要包含以下的两个工作：1.Ag/TiO2光子晶体的制备及其光催化性能研究在第一部分工作中，我们利用脉冲电流沉积法制得Ag/TiO2光子晶体光催化剂。光催化实验结果表明，与没有负载Ag纳米颗粒的TiO2光子晶体样品相比，Ag/TiO2光子晶体光催化剂无论在全光谱还是可见光谱下，其光催化性能都有了明显的提升。通过对脉冲电流沉积时间进行细致研究发现，沉积45秒Ag纳米颗粒的样品的光催化能力最强，并且明显优于传统紫外光照还原法制备的Ag/TiO2光子晶体光催化剂。这主要归功于在此工艺条件下制备出的Ag纳米颗粒具有更好的单分散性，能呈现出更优的SPR效应和较好的光生载流子分离能力。同时我们也提出了Ag纳米颗粒提升TiO2光子晶体可见光光催化性能的理论模型。这部分工作发表在Journal of MaterialsChemistry A,2014,2,824.2.Au/TiO2光子晶体的制备及其光催化性能研究在第二部分工作中，我们同样利用脉冲电流沉积法制备了Au/TiO2光子晶体光催化剂，并且通过改变聚苯乙烯（PS）纳米微球的尺寸来调控TiO2光子晶体光子禁带的位置。研究结果表明，光子晶体慢光效应的红边（蓝边）与Au纳米颗粒的SPR效应耦合确实能影响TiO2光子晶体的可见光光催化性能，并且红边耦合的效果要稍好于蓝边耦合，然而负载Au纳米颗粒样品的可见光光电流密度都弱于纯TiO2光子晶体，这可能与Au纳米颗粒的制备方法有关，这方面的工作仍待今后继续开展。