【摘 要】
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由于其优异的光催化活性,TiO2已经被广泛地应用于环境修复、光解水制氢、太阳能电池和锂离子电池等领域1.然而在应用过程中由于光生载流子能够快速在TiO2颗粒上复合,使得TiO2的应用受到极大的限制.采用简单的光电化学的方法可以有效地解决这个难题.因为外部施加的电势偏压能够及时地将光生电子导向外部电路,然后再导到对电极上,使得光生载流子的复合可以得到有效地抑制,从而延长光生载流子的寿命,最终提高光催
【机 构】
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中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室和广东省环境资源利用与保护重点实验室,广州,510640
【出 处】
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第十四届全国太阳能光化学与光催化学术会议
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由于其优异的光催化活性,TiO2已经被广泛地应用于环境修复、光解水制氢、太阳能电池和锂离子电池等领域1.然而在应用过程中由于光生载流子能够快速在TiO2颗粒上复合,使得TiO2的应用受到极大的限制.采用简单的光电化学的方法可以有效地解决这个难题.因为外部施加的电势偏压能够及时地将光生电子导向外部电路,然后再导到对电极上,使得光生载流子的复合可以得到有效地抑制,从而延长光生载流子的寿命,最终提高光催化效率.另一方面,TiO2的光催化性能与它的尺寸、形貌、结构和晶面等息息相关.近年来,研究人员合成出了棒状金红石TiO2光催化剂,其顶面为{111}暴露面,侧面为{110}暴露面,该光催化剂在可见光照射下表现出优良的产氢能力2.为了能够利用光电化学技术以进一步提高其光催化效率,研究人员随后在导电玻璃上成功地合成了金字塔形(111)暴露面的金红石TiO2薄膜3.由于其具有卓越的光电子传输性能,该薄膜材料可以有效地光电催化氧化水、降解有机物和杀灭细菌等.然而,迄今为止,研究人员主要是通过液相水热法来合成具有{111}暴露面的金红石TiO2粉末或者薄膜材料.最近,气相水热法应用于合成无机纳米材料受到了研究人员的关注.由于其与传统的液相水热法截然不同的生长环境和生长机理,气相水热法可以合成出传统的液相水热法无法合成出的纳米材料,因而该方法具有极大的应用潜力.在本文中,采用一步气相水热法,在钛板基底上首次成功地合成出了金字塔形(111)暴露面的金红石TiO2薄膜(图1 所示).表征结果表明,所合成的金红石TiO2薄膜是由直径为400-700 nm的垂直排列的棒状结构组成,薄膜厚度为2 微米.随后,我们分别以金红石TiO2薄膜和实验室已有的TiO2纳米管为光阳极,在紫外光照射下,开展了这两种光阳极材料光电催化氧化水和罗丹明B脱色的对比实验研究.实验结果表明,金红石TiO2薄膜表现出了更高的光电催化活性,其光电催化氧化水的效率和对罗丹明B的脱色率分别是TiO2纳米管的3.5 倍和1.2 倍.通过进一步表征实验证明发现金红石TiO2薄膜光阳极优异的光电性能归因于其优越的光电子传输能力和{111}暴露面的强氧化能力.
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