助催化剂担载对铬掺杂SrTiO3光催化性能的影响.pdf

摘要

目前能源短缺、环境污染、温室效应等问题尤为严重，解决这一难题的关键

在于如何开发可再生能源。太阳能以其可再生、丰富和可持续的优点引起了人们

的广泛关注。光催化技术是利用太阳能分解水和还原二氧化碳的有效途径之一。

SrTiO(简写成STO)是一种具有典型钙钛矿结构的半导体材料，具有无毒、价格

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低廉等特点。然而STO的带隙能为3.2eV，导致其只能吸收太阳光中的紫外光，

这大大限制了STO对太阳光的利用效率。此外，STO激发出来的电子和空穴很

容易快速复合，从而导致光催化性能较低。因此为了提高STO的光催化性能，

就需要对其进行改性。本文通过溶胶-凝胶水热法合成Cr掺杂SrTiO(简写为

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STO(Cr)，通过光沉积法将双助催化剂担载在STO(Cr)表面，探究双助催化剂协

同效应对光催化产氢和光催化CO2还原性能的影响。主要研究内容如下：

(1)本论文采用溶胶-凝胶水热的方法成功制备了STO(Cr)。紫外-可见漫反

射光谱(Uv-visDRS)的分析结果表明，掺杂Cr可以有效的将STO的吸收带边拓

展至可见光区，提高了太阳能的利用效率。在此基础上，我们重点研究了助催化

剂Pt和Rh的担载对STO(Cr)光催化产氢性能的影响。研究发现，在大于420nm

可见光的激发下，未担载助催化剂或单独担载Rh时，STO(Cr)几乎没有产氢性

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能。而单独担载Pt时，STO(Cr)的产氢速率为54.43µmolgh。值得注意的是，

将Pt和Rh共担载时，STO(Cr)显示出较高的光催化产氢活性。通过进一步优化

助催化剂的担载量，发现共担载0.1wt%Pt和0.15wt%Rh的样品具有最佳的产

氢活性，产氢速率达到163.5μmolh-1g-1，是单独担载Pt的3倍左右。结合X射

线光电子能谱(XPS)和高分辨透射电镜(HRTEM),我们发现Pt和Rh共担载时，Pt

主要以单质形式存在，而Rh分别以单质和氧化态的形式存在。氧化态的Rh主

要以RhO的形式存在，作为氧化助催化剂。正是Pt和RhO的协同效应加快

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了还原反应和氧化反应，有效提升了STO(Cr)的光催化产氢活性。

(2)在上述工作基础上，我们将Pt和Rh共担载的STO(Cr)体系应用于光催

化CO2还原反应。结果显示，无论是纯样品STO(Cr)、单独担载Pt或Rh的样品

还是共担载Pt和Rh的样品，其CO还原产物均为CO和CH。与第一部分工作

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中产氢的结果不同，未担载助催化剂的STO(Cr)显示出光催化活性，而共担载Pt

和Rh后，CO还原活性只是略微增加。产氢活性和CO还原活性的差异可能归

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因于两者不同的光催化反应机制。此外，还分别研究了Pt与其他贵金属、Pt与

过渡金属共担载对CO还原性能的影响。研究表明，Pt和Pd的共担载有利于CO

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的生成，Pt和Ru的共担载则有利于CH4的生成。

关键词：光催化；Cr掺杂SrTiO；双助催化剂；产氢；CO还原