1、高效二維助催化劑應用于高效二維助催化劑應用于光催化水分解出氧研究光催化水分解出氧研究TwoDimensionalMaterialasEfficientCocatalystfOxygenEvolutionReaction(OER)inPhotocatalyticWaterSplitting工程領(lǐng)域：材料工程作者姓名：王婷指導教師：葉金花教授劉樂全副教授企業(yè)導師：張衛(wèi)衛(wèi)高工天津大學材料科學與工程學院二零一六年十二月I摘要直接利用光來驅(qū)動一系

2、列重要化學反應的光催化在解決能源短缺和環(huán)境問題方面具有極大的潛力。光催化水分解是重要的人工光合成過程，而其中的水氧化往往受到多電子轉(zhuǎn)移困難以及載流子復合效率高等因素的影響，是光催化水分解的決速步驟。部分半導體材料，如WO3，本身具有一定的水分解出氧催化活性，但是催化效率較低。助催化劑可以有效促進光生載流子的分離、降低諸多反應的過電勢，促進出氧催化活性的提升，在光催化過程中起著舉足輕重的作用。應用于水分解出氧半反應的半導體催化劑主要有WO

3、3，BiVO4等。WO3由于其性能穩(wěn)定，不發(fā)生光腐蝕，被廣泛應用于光催化分解水的出氧半反應中。另外，RuO2、IrO2等都是常見的水分解出氧助催化劑，但是他們的稀缺和高成本限制了大規(guī)模的應用，其水分解出氧的提升效率也依然有限。所以，開發(fā)廉價高效的助催化劑對于提高復合材料的出氧活性有重大意義。伴隨著石墨烯等二維材料發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，人們對二維材料的性質(zhì)有了新的認識，其在光催化中有廣闊的應用前景。Ti1xO2單層納米片材料是一種厚度納米級長度微米

4、級的超薄高結(jié)晶度的二維材料，最重要的是，由于其特殊的二維結(jié)構(gòu)，讓他有很多不同于粉體的獨特屬性。低維化使材料本身帶隙寬化，光學特性和電子特性都發(fā)生一定變化，在光催化領(lǐng)域有重要的研究價值。我們通過固相合成，質(zhì)子交換，溶脹剝離獲得層片Ti1xO2的懸濁液，再經(jīng)過離心獲取單層Ti1xO2，AFM測試表明這種方法獲得的層片材料厚度可小至1nm左右。然后通過NaWO3水解并與這種層片材料進行復合，燒結(jié)后獲得二維Ti1xO2與WO3的復合光催化劑。復

5、合后的新型光催化劑顯著提高了WO3在可見光下光催化水分解的出氧活性，并且隨著Ti1xO2層片厚度的減小，相應的復合材料的水分解出氧活性進一步提高。二維層片Ti1xO2對WO3催化活性的提高作用比常用的出氧助催化劑RuO2，IrO2更明顯，通優(yōu)化助催化劑負載量，熱處理溫度等參數(shù)可以達到最優(yōu)催化活性。通過對光吸收，電子空穴分離以及表面催化反應三個方面的探索，初步判斷了層片材料作為助催化劑的作用機理。本工作研究的助催化劑高效廉潔，具有重要的研