【摘 要】
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近年来,具有局部表面等离子体共振(LSPR)的等离子体光催化剂已经在光催化技术领域得到了广泛的关注。金属纳米粒子(Au、Pt、Ag、Cu等)通过金属局部表面等离子体共振(LSPR),可以有效的将低能太阳光子转换成化学能。但金属纳米粒子由于自身存在载流子复合率过高的问题,导致热电子传输效率过低。本文在简易的光催化体系下,首先探究了不同金属的局部表面等离子体共振(LSPR)效应以及金属铜的不同形貌对局
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近年来,具有局部表面等离子体共振(LSPR)的等离子体光催化剂已经在光催化技术领域得到了广泛的关注。金属纳米粒子(Au、Pt、Ag、Cu等)通过金属局部表面等离子体共振(LSPR),可以有效的将低能太阳光子转换成化学能。但金属纳米粒子由于自身存在载流子复合率过高的问题,导致热电子传输效率过低。本文在简易的光催化体系下,首先探究了不同金属的局部表面等离子体共振(LSPR)效应以及金属铜的不同形貌对局部表面等离子体共振(LSPR)的影响,再进一步通过有机精准导向合成了吩噻嗪等多环杂芳烃共轭分子进行负载铜纳米粒子(Cu NPs),所构建的等离子体复合催化剂极大的提升了铜热电子传输效率。并对复合材料进行了一系列组分分析、光电表征等,深入研究了复合材料LSPR效应激发的热电荷分离和转移过程,从而揭示了LSPR效应的光催化反应机制。具体相关研究工作如下:(1)通过原位还原方法对常见金属进行了原位还原实验并测试了其光催化还原CO2性能。其中Cu NPs光催化性能最佳,其CO和CH4的生成速率分别为404.46和42.59μmol·g-1·h-1,并通过XRD的定性分析确定了在该体系下生成的物质为单质金属纳米粒子。进而通过不同的还原方法合成了一系列不同形貌的单质铜,并研究了不同形貌的单质铜在该体系下的光催化还原性能,最后推测了Cu NPs光催化还原CO2的可能机理。(2)设计合成了吩噻嗪等多环杂芳烃共轭分子,通过简单的原位光还原策略负载了Cu NPs。其中均三吩噻嗪苯(TPB)负载Cu NPs的光催化性能最佳,其复合材料TPB-Cu的CO生成速率显著提高至1308.8μmol·g-1·h-1,是原始Cu NPs的3.2倍,而其他两种气体产物(H2和CH4)的活性没有明显变化。并通过光电性能表征等解释了含不同吩噻嗪单元数的有机分子负载Cu NPs时光催化活性的差异,进一步研究了均三吩噻嗪苯的杂原子(S)及分子结构对光催化性能的影响。通过TEM、EDS等分析了复合材料TPB-Cu中Cu NPs的分布,说明了均三吩噻嗪苯限制了Cu NPs的团聚,促进了Cu NPs热电子的迁移,从而增强了复合材料TPB-Cu的光催化性能。
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