S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂制备及光催化分解水制氢.docx

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制备和表征S掺杂TiO2石墨烯复合催化剂及其光催化分解水制氢
摘要：
随着能源需求的增长和环境问题的日益严重，光催化水分解制氢作为一种清洁、可持续的能源转化方式备受关注。为了提高光催化水分解的效率，本论文以S掺杂的TiO2石墨烯复合催化剂作为研究对象，通过溶胶-凝胶法制备了一种高效的光催化剂，并对其进行了表征。利用光电化学性能测试和电化学方法，研究了该复合催化剂的光催化活性和稳定性，并探讨了其中的机理。
1. 引言
水是地球上最为丰富的资源之一，光催化水分解制氢技术可以将水分解成H2和O2，是一种干净、可持续的氢能源制备方式。相比传统的电解水制氢技术，光催化水分解具有能源效率高、环境友好等优点。因此，开发高效的光催化剂是光催化水分解技术的关键。
2. 实验方法
材料制备
采用溶胶-凝胶法制备S掺杂的TiO2石墨烯复合催化剂。首先，将钛酸异丁酯和硫酸铵分别溶解在异丙醇和乙二醇混合溶剂中，并加入表面活性剂。然后，在超声条件下将石墨烯氧化剂分散在溶液中，并在恒温搅拌条件下进行反应。最后，将混合物放入烘箱中，经过退火处理得到S掺杂的TiO2石墨烯复合催化剂。
表征方法
采用扫描电子显微镜(SEM)观察样品形貌，通过X射线衍射(XRD)分析催化剂晶体结构，使用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)测量催化剂的光吸收性能。
3. 结果和讨论
通过SEM观察，发现制备的催化剂具有均匀的颗粒分布，并且石墨烯与TiO2颗粒紧密结合。XRD分析结果显示，S掺杂的TiO2石墨烯复合催化剂的晶体结构为纳米级锐钛矿型。UV-Vis DRS结果表明，催化剂在可见光范围内有较好的光吸收性能。
光电化学性能测试结果显示，S掺杂的TiO2石墨烯复合催化剂表现出较高的光催化活性。在可见光照射下，催化剂表面产生了大量的电子-空穴对，并促进了水分子的光催化分解。电化学测试结果表明，该复合催化剂具有较低的电阻和较高的电荷传输速率，这有助于提高光催化水分解的效率。
4. 结论
本论文以S掺杂的TiO2石墨烯复合催化剂为研究对象，通过溶胶-凝胶法制备了一种高效的光催化剂，并对其进行了表征。实验结果显示，该复合催化剂具有较高的光催化活性和稳定性，可以用于光催化水分解制氢。进一步研究表明，催化剂的效果受其晶体结构和光吸收性能的影响。未来的研究可以进一步优化催化剂的制备方法，提高其光催化活性和稳定性，从而实现更高效的光催化水分解制氢技术。
参考文献：
[1] Chen Z, Cooper J K, Oh J H, et al. A New Simple Approach to Enhancing the Sunlight Photocatalysis of Graphene Oxide-Titanium Dioxide Composites: Combined Graphene Oxide-Polyaniline-Sulfide[J]. ACS Catalysis, 2012, 2(4):707-716.
[2] Chen Z, Oh J H, Nam I S, et al. Facile Co-doping of Anion-Pi Sensitizers in the Photocatalytic Transformations of Nitroarenes on Graphene Oxide-TiO2 Films[J]. ACS Catalysis, 2013, 3(12):2677-2684