Pt掺杂TiO2光催化CO2/H2O性能研究*

杨岑涟，吴红军，郑振阳

（东北石油大学 化学化工学院，黑龙江 大庆 163318）

Pt掺杂TiO2光催化CO2/H2O性能研究*

杨岑涟，吴红军，郑振阳

（东北石油大学 化学化工学院，黑龙江 大庆 163318）

用阳极氧化法制备TiO2，光电沉积Pt进TiO2中，考察掺杂前后TiO2光催化CO2/H2O的效果。结果表明，掺杂Pt后TiO2对光的吸收带边红移，提高了光响应电流，对CO2/H2O的催化能力更强，掺杂Pt后乙醇时空收率最高到9.15mg·（cm·h）-1，约是未掺杂的4.5倍。

TiO2；Pt掺杂；光电响应；CO2/H2O

环境和能源问题是人类面临的最大问题，CO2是温室气体对环境影响日益扩大，也是对碳资源的浪费，有效利用CO2迫在眉睫。目前，减少CO2排放主要有开发新能源，减少化石燃料的使用；对CO2捕集和封存；CO2的化学利用［1-4］等。新能源短期内无法取代化石能源，CO2的捕集和封存技术难大规模应用，故CO2的化学利用是较合理可行的。

自发现TiO2能光催化分解水后，TiO2因其良好的化学稳定性、廉价易得、无毒无害等优点备受关注，在光催化、废水处理和杀菌等方面有广泛应用［5］。TiO2是宽禁带半导体，对太阳光利用率只有5%，光生电子空穴易复合，光量子效率低等缺点限制了TiO2的实际应用。目前，提高其对太阳光利用率主要通过负载贵金属如Pt、Au、Ag［6］等；或将能带较窄的半导体如CdS、PbS、Fe2O3等与TiO2的复合，三是掺杂非金属离子如C、B、N或金属离子如Cu2+、Fe3+、Mo3+和Rh3+［7］等，抑制电子空穴对的复合、拓宽TiO2的光响应范围，提高其光响应活性。

本实验用阳极氧化法制备TiO2，用光电沉积法沉积Pt，通过对CO2/H2O产物分析研究Pt掺杂TiO2的光催化性能。

1　实验部分

1.1药品及仪器

钛片、丙酮、无水乙醇、超纯水、乙二醇、NH4F、六氯铂酸六水合物（H2PtCl6·6H2O）、NaHCO3。

电化学工作站、高压汞灯、超声波清洗仪、紫外-可见吸收光谱、气相色谱。

1.2TiO2的制备

制备：将一定面积的纯钛片用丙酮、无水乙醇、超纯水各超声清洗15min后做阳极，Pt为阴极，电解液为0.3（w）%NH4F+（HOCH2）2+2（v）%H2O，在20℃，电压分别为60、30V下各反应30min。把制得TiO2片在450℃下煅烧2h。

Pt掺杂：将TiO2作阴极，Pt作阳极，Ag/AgCl作参比电极，电解液为H2PtCl6溶液，恒压、300W的汞灯照射一定时间后可得Pt/TiO2。

CO2/H2O光催化：TiO2为阴极，Pt做阳极，电解液是NaHCO3溶液，恒压、300W汞灯照射下反应，产物用气相色谱检测。

1.3表征

紫外-可见吸收光谱（UV-Vis DRS）分析样品光谱吸收范围，气相色谱（GC-14C）分析样品的光催化性能。

2　结果与讨论

2.1UV-Vis固体漫反射光谱分析

图1　沉积Pt前后的TiO2NTs的UV-Vis DRS谱图Fig.1　UV-Vis DRS patterns of blank and Pt-doped TNAs

从图1可知，纯TiO2只在紫外光区有吸收强，沉积Pt后在紫外光区吸收强度增强，在可见光区也有吸收。且Pt/TiO2在450、500、550nm处出现Pt的等离子吸收峰，Pt掺杂使TiO2的吸收带边红移。

2.2光电流-时间曲线分析

图2为Pt掺杂前后的TiO2光电流-时间曲线。

图2　掺杂Pt前后的TiO2电流-时间曲线Fig.2　Photocurrent responses of TNAs in the light on-off process

无光照时两个样品的电流均很小，光照后电流值发生跃迁，这说明TiO2具有可见光响应活性。掺杂Pt后的光电流跃迁值更大，说明Pt掺杂减少了电子空穴对的复合，增强了光电流响应能力。

2.3气相色谱分析

图3　反应后的气相色谱图Fig.3　Gas chromatography figure of after reacting

由图3可以看出，CO2被还原成乙醇。

图4　不同Pt沉积量的乙醇产量Fig.4　Yield of ethanol in different deposition of Pt

图4可以看出，纯TiO2时乙醇时空收率为2mg·（cm·h）-1，掺杂Pt量增多，乙醇生成量先增多后减少，掺杂Pt量为1.0（w）%时，乙醇时空收率最大为9.15mg·（cm·h）-1，约是未掺杂Pt的4.5倍。

3　结论

用光电沉积法在纯TiO2中掺杂Pt，Pt以颗粒的形式附着在纳米管上。掺杂Pt可以提高光响应电流，且使TiO2对光的吸收带边红移。掺杂Pt后，对CO2/H2O体系的催化能力更强，纯TiO2时乙醇时空收率2mg·（cm·h）-1，掺杂Pt后，乙醇时空收率最高为9.15mg·（cm·h）-1，约是空白的4.5倍。

［1］ 方向晨，张志智，张喜文.CO2的化工利用技术展望［J］.当代化工，2011，（3）：221-231.

［2］ 王付燕，孙洪志，宋名秀，等.二氧化碳的氨化反应研究进展［J］.化工进展，2014，（1）：209-212；218.

［3］ 张鲁湘，张永春，陈绍云.CO2加氢制甲醇、二甲醚的研究进展［J］.化工进展，2010，（6）：1041-1046.

［4］ 叶庆国，李肖晓，陶旭梅，等.Ni-Cu-Mo/Al2O3催化剂用于CH4/CO2重整的研究［J］.化学工程，2016，（1）：53-57.

［5］ 荆涛，戴瑛，马晓娟，等.拓展光催化材料光谱响应的研究进展［J］.中国光学，2016，（1）：1-15.

［6］ 邵先坤，郝勇敢，刘同宣，等.基于表面等离子体共振效应的Ag（Au）/半导体纳米复合光催化剂的研究进展［J］.化工进展，2016，（1）：131-137.

［7］ 彭健根，张美洲，王尚，等.Fe（3+）掺杂纳米TiO2改性水性聚氨酯的制备及性能研究［J］.皮革科学与工程，2016，（1）：15-21.

Study of the photocatalytic performance of Pt-doped TiO2on CO2/H2O*

YANG Cen-lian，WU Hong-jun，ZHENG Zhen-yang
（Northeast Petroleum University ChemistryInstitute of Chemical Industry，Daqing 163318，China）

Pt-deposited TiO2were prepared by oxidation.Investigations of photocatalytic effect of TiO2before and after doped with Pt on CO2/H2O synthesis were performed.The results demonstrated in addition to the bathochromic shift of the absorption band of TiO2to light and the enhanced response to photocurrent，catalytic ability of the TiO2on synthesis of ethanol was strengthened as well，amplified by the fact that the ethanol production can reach up to 9.15mg·（cm·h）-1under catalysis of Pt-doped TiO2，which was～4.5 times of that catalyzed by TiO2without doped with Pt.

TiO2；Pt-doped；photoelectric response；CO2/H2O

O63

A

2016-07-15

黑龙江省高校新世纪优秀人才项目（1253-NCET004）

杨岑涟（1991-），女，湖北人，2016年毕业于东北石油大学，硕士，研究方向：光电化学。

吴红军（1979-），男，博士，教授，主要从事功能纳米材料方面的研究。