FeO(OH)-TiO2/CoPi复合光阳极的制备及其光电催化氧化水性能

金 涛 许 頔 刁 鹏项 民

(北京航空航天大学材料科学与工程学院,空天材料与服役教育部重点实验室,北京100191)

1 引言

1972年Fujishima和Honda1首先发现了TiO2在紫外光照射下光电催化分解水产生O2,开辟了太阳能转化为化学能的新思路,从此光催化分解水成为倍受关注的研究方向.人们希望通过改进光阳极材料提高可见光照射下的光催化转换效率.2-6TiO2光催化剂由于不易发生光腐蚀,耐酸碱性好,化学性质稳定,生物毒性小,来源丰富等优点而被广泛利用.7-10然而TiO2带隙大,对可见光利用率不高,并具有较高的光生载流子复合速率,限制了TiO2光催化效率的提高.11近来,文献12-17报道引入变价的金属元素化合物,运用界面电荷转移机制(IFCT)可提高TiO2对可见光的利用率,从而显著提高了其光催化活性.

Kanan和Nocera18在2008年的Science上报道了一种钴基磷酸盐催化剂(CoPi),该催化剂可以在中性条件下以相对较低的过电势电化学分解水产生氧气.CoPi催化剂能够以钴的变价实现“自我修复”,并利用Co4+驱动水的氧化,从而实现了催化剂的循环利用.19,20许多报道表明,将CoPi沉积在ZnO,21Fe2O3,22-24BiVO4,25-27WO328等半导体材料的表面形成复合光阳极,能够抑制半导体材料光载流子的复合,从而显著提高其光电催化分解水形成氧气的性能.TiO2是稳定性良好的光阳极材料,但由于其只能吸收紫外光,对太阳能的利用效率较低.因此,将其与CoPi复合制备光阳极必须解决TiO2光吸收带仅限于紫外光区的问题.

基于以上分析，本文采用溶胶-凝胶法制备TiO2纳米晶,通……