TiO2的晶面协同效应对光催化活性影响研究

Crystal facets are an important feature of crystalline materials.Different crystal facets have different geometric and atomic,electronic structures, exhibiting intrinsic reactivity and surface physical,chemical properties associated with the crystallographic orientation. Preparation of crystals with specific crystal facets has always been a challenge..Generally, there are three exposing facets {001},{101},{010} on the surface of TiO2 crystal. The photo-activities of TiO2 greatly associat with its exposing facets. The synergistic effect of different exposing facets also play an important role in the photo-activities of TiO2 crystal. We plan to find the way of tunable synthese the exposing facets of TiO2 catalyst, to study the relations between the exposing facet and photo-activities, the synergistic effect of two or three facet and photo-activities, to obtain the optimum proportion of facet for high photo-catalysis activities, to investigate the transfer path of the electron and the generation of radicals. to understand the mechanism of the enhancing photo-activities of synergistic effect .We also plan to study the relations of exposing facet and photo-volt performance of TiO2 DSSCs (Dye-Sensitized Solar Cells), to obtain optimum proportion of facets for high DSSCs performance..Through this study, we will understand how the facets influence the photo-activity of TiO2, the photo-activity of TiO2 will be enhanced and more applicationin in envinroment and solar cell will be achieved.

晶体的不同晶面具有不同的几何结构与原子排列，因此会显现出不同的物理化学性质。TiO2的光活性与其表面暴露的晶面密切相关，通常TiO2主要呈现3个晶面- - {001},{010},{101},各个晶面的光催化活性是不同的,不同晶面的协同作用是提高TiO2光催化活性的根本原因。本申请书的主要内容是研究具有不同暴露晶面的TiO2光催化剂的调控合成方法;研究TiO2晶体不同晶面的光活性及其机理，搞清不同晶面的功能与作用；研究双晶面协同和三晶面协同效应对TiO2光活性的影响，找到TiO2晶面协同作用提高光催化活性的最佳模式，研究电子的传递路径和自由基形成路径及晶面协同提高光活性的机理；研究晶面协同效应对TiO2 DSSCs光伏性能的影响。该课题的研究将揭示TiO2晶面与光活性性能的关系，有力地提高TiO2的光催化活性和光转换效率，具有揭示结构与性能关系的理论意义和TiO2应用的实际意义。

摘要：半导体光催化技术在解决环境和能源两个世界性课题方面有着举足轻重的地位，提高光催化剂的光催化活性是该领域的终极目标。由于半导体光催化剂的不同晶面具有不同的表面原子和电子结构，因而晶面暴露严重影响了其光催化活性。本基金项目在纳米TiO2晶体晶面的调控合成, TiO2晶体不同晶面的光活性及其机理研究,TiO2晶体双晶面协同效应对光活性的影响研究三个方面都取得了可喜的研究成果，采用无氟的方法合成出了单晶面(大于90%）暴露锐钛矿TiO2{001}, {101}, {010}晶面样品。光催化实验结果显示在液体介质中，锐钛矿TiO2低指数晶面光催化活性顺序为：{001} > {101} > {010}；在气体介质中却为：{010} > {101} > {001}。成功合成了{101}-{001}和{010}-{001}晶面共存锐钛矿TiO2样品。通过比较其光催化氧化和光催化还原活性，我们首次发现了{010}晶面取代{101}晶面抑制了其光催化氧化还原活性。合成了TiO2纳米带(TiO2-NB)和TiO2纳米双锥(TiO2-NP)，并且这两个样品都暴露单一的{101}晶面。光催化活性实验显示TiO2-NP的光催化活性比TiO2-NB的要高。首次发现Pt负载可以逆转锐钛矿TiO2 {001}和{010}晶面光催化还原CO2的活性顺序。Pt负载前，TiO2-010 > TiO2-001；Pt负载后，TiO2-001-Pt > TiO2-010-Pt。同时还初步探讨了不同晶面暴露对负载贵金属及其光催化活性的影响。