金属/TiO_2光子晶体光催化剂的制备及其光催化性能研究

【摘要】TiO2因其无毒、化学性质稳定被认为是一种具有广阔应用前景的光催化材料，然而较宽的光学带隙和较快的光生载流子复合速率限制其在市场的应用前景。为了提升TiO2的光催化效率，研究人员已采用一系列的方法来克服上述的缺陷，常用的方法包括化学掺杂、染料敏化、与窄带隙半导体复合、贵金属纳米颗粒修饰等等。在贵金属纳米颗粒修饰TiO2时，金属纳米颗粒能起到两方面作用：一方面金属纳米颗粒与TiO2之间形成的肖特基势垒能更有效地促进光生载流子的分离，另一方面某些贵金属纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应可以增加TiO2对可见光的吸收。另外通过制备具有特殊微结构TiO2材料也提升其光催化性能，其中反蛋白石结构光子晶体由于其独特的物理特性，近年来受到了光催化研究领域人员的极大关注。这主要是因为光子晶体作为一种有序大孔结构，较大的比表面积能够增加材料与光的接触面积，并且大孔结构增加了光子在材料内部的多重散射，增加了材料与光的接触时间。同时光子晶体特有的慢光效应还能有效降低光子在光子禁带边缘的传播速度，进一步延长光子与材料的相互作用时间，提高材料对光子的吸收。因此，将光子晶体与金属纳米颗粒相结合是提高TiO2材料光催化性能的可行途径之一。本文的研究内容主要包含以下的两个工作：1.Ag/TiO2光子晶体的制备及其光催化性能研究在第一部分工作中，我们利用脉冲电流沉积法制得Ag/TiO2光子晶体光催化剂。光催化实验结果表明，与没有负载Ag纳米颗粒的TiO2光子晶体样品相比，Ag/TiO2光子晶体光催化剂无论在全光谱还是可见光谱下，其光催化性能都有了明显的提升。通过对脉冲电流沉积时间进行细致研究发现，沉积45秒Ag纳米颗粒的样品的光催化能力最强，并且明显优于传统紫外光照还原法制备的Ag/TiO2光子晶体光催化剂。这主要归功于在此工艺条件下制备出的Ag纳米颗粒具有更好的单分散性，能呈现出更优的SPR效应和较好的光生载流子分离能力。同时我们也提出了Ag纳米颗粒提升TiO2光子晶体可见光光催化性能的理论模型。这部分工作发表在JournalofMaterialsChemistryA,2014,2,824.2.Au/TiO2光子晶体的制备及其光催化性能研究在第二部分工作中，我们同样利用脉冲电流沉积法制备了Au/TiO2光子晶体光催化剂，并且通过改变聚苯乙烯（PS）纳米微球的尺寸来调控TiO2光子晶体光子禁带的位置。研究结果表明，光子晶体慢光效应的红边（蓝边）与Au纳米颗粒的SPR效应耦合确实能影响TiO2光子晶体的可见光光催化性能，并且红边耦合的效果要稍好于蓝边耦合，然而负载Au纳米颗粒样品的可见光光电流密度都弱于纯TiO2光子晶体，这可能与Au纳米颗粒的制备方法有关，这方面的工作仍待今后继续开展。
【作者】陈志远；
【导师】方亮；
【作者基本信息】苏州大学，凝聚态物理，2014，硕士
【关键词】TiO2光子晶体；金属纳米颗粒的SPR效应；慢光效应红边（蓝边）耦合；光催化性能；

【参考文献】
[1]谢占安,周锦明.提高隐蔽油气藏勘探能力的新思路[J].石油地球物理勘探,2005,05:137-144+21-22.
[2]段骄.加味温胆汤对痰浊型高血压病患者相关危险因子的影响[D].广州中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[3]陈东.我国住房信贷信用风险的成因及控制对策研究[D].中南大学,工商管理,2004,硕士.
[4]赵南,赵登祥,杨娟,韩国琪,王超志.两步还原法制备导电石墨烯薄膜[J].材料导报,2013,06:8-11.
[5]王玉.太原市城中村改造研究[D].山西财经大学,社会保障,2013,硕士.
[6]郭朝红.素质教育社会评价初探[D].华东师范大学,教育经济与管理,2001,硕士.
[7]朱双猛.地质勘查单位集团财务管控模式探索[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[8]王寒竹.江南古典园林的意蕴在现代展览园中的传承与发展[D].苏州大学,园林植物与观赏园艺,2013,硕士.
[9]莫云清.面向学习能力提升的企业学习体系构建、模式及运行机制研究[D].浙江工业大学,2005.
[10]董英丽.乳酸菌对红豆发酵特性的研究[D].内蒙古农业大学,食品加工与安全,2013,硕士.
[11]何玉娇.磁共振图像的几何校正和均匀性校正[D].华东师范大学,无线电物理,2013,硕士.
[12]李宝玲.青宁汤对肝纤维化大鼠肝组织TGF-β_1和PDGF-B mRNA表达的影响[D].浙江中医学院,中西医结合临床,2003,硕士.
[13]陈琦.欧元危机的法律问题研究[D].上海大学,民商法学,2013,硕士.
[14]赵刚.不同运动干预对民航飞行学员前庭功能稳定性影响的实验研究[D].天津体育学院,体育教育（专业学位）,2014,硕士.
[15]梁志乐.邓老益气化痰方对高血压的疗效及颈动脉保护的研究[D].广州中医药大学,中医内科学（专业学位）,2013,硕士.
[16]黄勇,刘松斌,翟西华,赵明,赵一琳.LogidynD在平整机卷取控制中的应用[J].冶金自动化,2001,03:51-53.
[17]林翠萃.拆迁安置小区邻里景观空间的互动性研究[D].西南交通大学,艺术设计（专业学位）,2014,硕士.
[18]刘雁伟.Nogo-A在慢性前脑缺血致血管性痴呆的表达及意义[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[19]杨丽娟.电化学氧化处理高盐活性染料废水研究[D].北京化工大学,环境科学与工程,2013,硕士.
[20]赵云龙.双动两案教学模式下八年级地理能力培养研究[D].内蒙古师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[21]记者陈旭.申报专利“疑似”石墨烯电池南都电源“专业公告”澄而不清[N].上海证券报,2013-03-14A04.
[22]杨建军.RANTES及其受体拮抗剂在大鼠小肠移植排斥反应中的作用[D].第四军医大学,外科学,2004,硕士.
[23]刘江春.带钢表面缺陷智能化辨识方法的研究[D].西安理工大学,测试计量技术及仪器,2004,硕士.
[24]房轶群.基于协同成炭木粉—聚氯乙烯复合材料的阻燃抑烟研究[D].东北林业大学,生物材料工程,2013,博士.
[25]李元峰.工业监控软件包Screenware　2与三菱FX2系列PLC通讯的实现[J].冶金自动化,1996,05:36-38.
[26]郭江飞.高稳定性无片外电容LDO设计与仿真[D].哈尔滨理工大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[27]王乾乾,王全杰.氧化石墨烯/水性聚氨酯共混膜的性能研究[J].皮革科学与工程,2012,05:27-31.
[28]张佩.玉米精氨酸酶基因ZmArg的克隆与遗传转化[D].东北农业大学,作物遗传育种,2013,硕士.
[29]苏湖城.不可量物侵害法律问题研究[D].厦门大学,民商法学,2014,硕士.
[30]徐翔.基于广义梁理论（GBT）的线弹性薄壁梁考虑截面畸变的翘曲研究[D].西安建筑科技大学,结构工程,2003,硕士.
[31]宁春晖.神经系统的系统学研究[D].太原科技大学,科学技术哲学,2013,硕士.
[32]本报记者宦建新本报通讯员陈梓军.宁波新探索：把地方科技工作的潜力更好释放出来[N].科技日报,2014-06-04003.
[33]赵英杰.低压电力线载波住宅远程自动抄表系统的研究[D].哈尔滨理工大学,通信与信息系统,2012,硕士.
[34]郑敏锐.慢性鼻—鼻窦炎患者鼻内镜手术后生活质量和中医体质的关系研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,硕士.
[35]施凌云.ACC项目口语教学互动性研究[D].内蒙古师范大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[36]常冀璐.M银行中小企业信用评价体系完善研究[D].西安科技大学,工商管理,2013,硕士.
[37]张钰坤.租赁型保障房建设配建模式风险与对策研究[D].华中师范大学,产业经济学,2014,硕士.
[38]宗丽娜.中国红十字会筹资机制创新研究[D].燕山大学,公共管理,2013,硕士.
[39]鲁建厦,翁耀炜,李修琳,汤洪涛,董巧英.混合人工蜂群算法在混流装配线排序中的应用[J].计算机集成制造系统,2014,01:121-127.
[40]翟义超.Manipulation of Ideology in C-E Translation of Political Documents[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[41]鲁雄.一类退化椭圆方程解的存在性和多重性[D].贵州民族大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[42]孙运芝,陈明,张玉卿.石钢中型加热炉的改造[J].冶金自动化,2002,02:68-69.
[43]曹晓.山东电建公司的发展战略研究[D].大连理工大学,工商管理,2003,硕士.
[44]王泽.ERP实施绩效评价理论研究与实证分析[D].首都经济贸易大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[45]比约恩.关于浙江大学高级德语学习者学习动机的质性研究[D].浙江大学,中国学,2012,硕士.
[46]宋乐奇.中美国家历史课程标准比较研究[D].山东师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[47]刘芯言,彭翃杰,黄佳琦,张强,魏飞.碳纳米管在柔性储能器件中的应用进展[J].储能科学与技术,2013,05:433-450.
[48]汪贵宏.海洛因依赖患者大脑灰质异常研究[D].西安电子科技大学,应用数学,2012,硕士.
[49]杨新杰.我国中小型制药企业经济效益分析与发展方向研究[D].沈阳药科大学,2005.
[50]李莎.基于无线网络的自助点餐系统的设计与实现[D].东北大学,计算机软件与理论,2010,硕士.