空心二氧化钛掺杂铜提升光催化二氧化碳还原性能

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0295

摘要/Abstract

摘要：

光催化二氧化碳还原作为一种新兴绿色技术，有望同时解决能源危机和环境污染问题，因此近年来备受关注。TiO₂是目前研究最广泛的光催化剂之一，但也存在光吸收范围有限、光生载流子快速复合等不足。通过高温热解Ti基MOF（金属有机框架）前驱体可以将Cu掺杂进空心结构的TiO₂中。通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析所制备的光催化剂的结构和形貌，并利用紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光光谱（PL）探究构效关系。实验结果表明，Cu的掺杂可以增强光吸收能力，促进光生载流子分离，从而改善光催化CO₂还原性能；当Cu掺杂质量分数为0.50%时催化剂性能最佳，CO和CH₄的产量分别为6.3 μmol/g和1.6 μmol/g。

关键词: 光催化, 二氧化碳还原, 铜掺杂空心二氧化钛

Abstract:

Photocatalytic CO₂ reduction， as a new green technology， is expected to simultaneously solve the energy crisis and environmental pollution problems，so it has attracted much attention in recent years.As one of the most widely studied photocatalysts， TiO₂ still has the disadvantages of limited light absorption range and rapid recombination of photogenerated carriers.Cu can be doped into TiO₂ with hollow structure by pyrolyzing Ti-based MOF（metal-organic framework） precursors.The structure and morphology of the as-prepared photocatalysts were analyzed by X-ray diffraction（XRD），scanning electron microscopy（SEM），and transmission electron microscopy（TEM）.In addition， the structure-activity relationship was investigated using UV-Visible diffuse reflection spectroscopy（UV-Vis DRS） and photoluminescence spectroscopy（PL）.The experimental results revealed that Cu doping could improve the light absorption capacity and promote the separation of photogenerated carries， thereby improving the performance in photocatalytic CO₂ reduction.When Cu doping mass fraction was 0.50%，the catalyst exhibited the best performance，and the yield of CO and CH₄ reached 6.3 μmol/g and 1.6 μmol/g， respectively.

Key words: photocatalysis, CO₂ reduction, Cu-doped hollow TiO₂

中图分类号:

TQ426

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图/表 10

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参考文献 21

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样品	w（Cu）/%	样品	w（Cu）/%
Cu-TiO₂-1	0.21	Cu-TiO₂-3	1.01
Cu-TiO₂-2	0.50	Cu-TiO₂-4	1.59

光催化剂	实验条件	产物/（μmol·g^-1·h^-1）
光催化剂	实验条件	CO	CH₄
Cu-TiO₂-2（本工作）	300 W Xe Lamp	1.05	0.27
Fe-TiO₂-500^［14］	300 W Xe Lamp（λ>420 nm）	—	0.47
5Bi-TiO₂^［15］	250 W Hg Lamp（λ=365 nm）	—	1.16
0.10Ce-TiO₂^［9］	300 W Xe Lamp（λ>400 nm）	2.1	0.6
3%W-TiO₂^［16］	300 W Xe Lamp（模拟太阳光）	1.7	0.12
Co-TiO₂-4^［17］	300 W Xe Lamp	1.94	0.09

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