钛基有机-无机复合材料的制备及其光催化性质的研究.docVIP

  钛基有机-无机复合材料的制备及其光催化 性质的研究# 王泽岩* 5 10 15 20 25 30 35 （山东大学 晶体材料研究所，济南，250100） 摘要：在本文中，报道了一种新型钛基有机-无机复合材料的制备及其光催化性质研究。通 过对所制备的材料进行结构、形貌以及组分的分析，研究其制备过程以及结构方面的特点。 并通过降解有机染料分子，系统研究了其光催化性质。 关键词：材料学；光催化；有机/无机复合 中图分类号：O643.36 Synthesis of Titanium based organic/inorganic hybrid materials and its photocatalytic properties WANG Zeyan (State Key Laboratory of Crystal Materials, Shandong Univerisity, Jinan, 250100) Abstract: In this paper, we synthesized a new kind of titanium based organic/inorganic hybrid material via a one pot solvothermal process. The structure, morphologies and compositions were analyzed by XRD, SEM, HR-TEM and EDS. And the photocatalytic properties were also evaluated by decomposing organic dye molecules. Key words: Materials science; Photocatalysis; Organic/inorganic hybrid 0 引言 随着我国经济社会的高速发展，能源和环境问题越来越受到人们的广泛关注。光催化技 术能够将太阳能转化为化学能或者电能，被认为是解决未来能源短缺和环境污染问题的最具 潜力的解决方案之一。自从上世纪 70 年代，日本科学家报道利用二氧化钛电极光催化分解 水产生氢气和氧气以来，光催化技术引起了世界各国科学家的广泛关注[1]。经过几十年的 发展，光催化技术有了长足的进步。人们对光催化材料的研究也从最初的简单氧化物半导体 拓展到了整个无机材料体系[2-5]。然而，光催化效率较低的问题依然是阻碍光催化技术进一 步发展以及实际应用的瓶颈。影响光催化材料效率的因素主要集中在以下三个方面：（1） 光生载流子的分离，（2）光催化材料的比表面积，（3）光催化材料的光谱响应范围。虽然， 人们为了解决以上三个问题，将掺杂、贵金属表面修饰、表面等离子体增强吸收、异质结以 及各种形貌调控技术应用于光催化研究中来，然而并没有从根本上解决目前无机光催化材料 体系效率低下的问题，影响了光催化技术的发展。因此，拓展现有光催化材料体系，探索新 型高效的光催化材料对光催化技术的继续发展具有非常重要的意义。 19 世纪末，科学家发现某些有机染料同无机半导体之间可以发生电子或能量的转移， 并能够拓展半导体的光谱响应，这种现象被称为敏化效应。利用这一原理，瑞士科学家 Gr?tzel 等，于上世纪 90 年代制作出染料敏化太阳能电池，转换效率达到了 10-12%[6]。在这种电 池中，有机染料作为光吸收材料，吸收光子的能量产生电子和空穴，并将电子传递给与之接 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（20100131120028） 作者简介：王泽岩（1981 年 12 月），男，讲师，主要研究光催化材料的制备及其性质研究. wangzeyan@sdu.edu.cn -1-   40 45 50  触的无机半导体材料，从而实现电子与空穴的分离。而用作染料敏化的铼、钌联吡啶络合染 料在光化学反应过程中保持稳定[7-8]。近期，中科院化学所赵进才课题组，通过将染料同 TiO2 复合并加入 TEMPO 材料，成功实现了对醇类的选择性光氧化，染料在整个光催化过程 中同样保持稳定[9]。这让人们看到了将有机和无机化合物复合起来用于光化学反应的可能， 而染料在反应过程中的稳定性将使其能够被应用于光催化反应。此外，相对于无机光催化材 料，有机-无机复合材料具有种类多、性质可调、比表面积大等众多优点。因此，有机无机 复合材料作为新型光催化材料具有重要研究潜力，有利于提高光催化效率，促进光催化技术 的发展和引用。 在本文中，通过简单的溶剂热法制备了一种新型的钛基有机无机复合光催化材料，并对 其制备过程、结构、形貌及其光催化性能进行了系统研究。 1 实验与表征  1.1  钛基有机无机复合材料的制备：