固溶体型钛基氧化物纳米管阵列的制备及光电催化制氢性能

利用太阳能光催化分解水制氢，被公认为是氢能开发中最理想的途径之一。研制高效、稳定的可见光光催化剂是该领域的研究热点。本项目提出研制可见光响应纳米管材料的新思路，即通过构筑固溶体型纳米管管壁的方法，拓展材料对可见光的吸收。将采用电化学阳极氧化法，在Ti/V、Ti/Sn等钛合金基体上，原位制备管壁是固溶体氧化物（TixV1-xO2、TixSn1-xO2等）的有序纳米管阵列。通过调变合金的种类，控制管壁的固溶成分和固溶度，实现对纳米管的"能带调控"。在前期工作基础上，将深入研究固溶体氧化物纳米管的制备规律，实现高固溶度、高有序性纳米管阵列的可控制备，研究固溶成分对纳米管的晶体结构、能带结构等的影响规律，结合理论计算结果，建立氧化物固溶体的结构模型，探索固溶体各组分间的相互作用机制和载流子传输机理，揭示固溶体对氧化物纳米管阵列光电催化性能影响的本质，为高性能纳米光催化材料的设计和制备打下基础。

采用阳极氧化方法,以Ti、TiMo、TiZr等为阳极制备出了高度有序的纳米管阵列，详细考察了电解质溶液，电压，电极间距，氧化时间，前处理，后处理方法等对纳米管阵列形貌、管径、管长的影响规律，研究了固溶成分对纳米管形貌、结构和光电性能的影响，实现了通过构筑固溶体型纳米管阵列拓展纳米管基催化剂可见光吸收范围，提高催化剂太阳能利用率和光电性能的目标；借助表面光电压谱、HRTEM、UV-Vis漫反射光谱、SEM等分析测试手段，结合理论计算结果，深入研究了纳米管基材料的能带结构、界面结构、态密度、成键类型、能级匹配情况等微观信息；在此基础上，以高度有序的纳米管阵列为模版，采用水热方法制备出了多种钛酸盐纳米管阵列，研究了不同电解液制备出前驱体模版对钛酸盐纳米材料制备的影响规律，并在纳米管内部组装进Ag、Cu2O等异质材料，较大幅度提高了材料的催化制氢活性。本项目在Nanoscale，Int.J.Hydrogen Energy，CrystEngComm等国际学术刊物上发表SCI收录论文8篇，影响因子大于4.0 杂志3篇。