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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 中国材料研究学会
哈尔滨工业大学
主编 苑世剑 国际刊号ISSN 1005-0299 国内刊号CN 23-1345/TB

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引用本文:贾方舟,姚忠平,姜兆华.等离子体电解氧化法制备多孔TiO2/V2O5复合物膜层及其增强光催化产氢活性[J].材料科学与工艺,2024,32(2):12-19.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230268.
JIA Fangzhou,YAO Zhongping,JIANG Zhaohua.Preparation of porous TiO2/V2O5 composite film by plasma electrolytic oxidation and its enhanced photocatalytic H2 production[J].Materials Science and Technology,2024,32(2):12-19.DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230268.
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等离子体电解氧化法制备多孔TiO2/V2O5复合物膜层及其增强光催化产氢活性
贾方舟1,姚忠平2,姜兆华2
(1.首都航天机械有限公司, 北京 100076; 2.哈尔滨工业大学 化工与化学学院, 哈尔滨 150001)
摘要:
较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO2光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH4VO3的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO2/V2O5复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH4VO3含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO2组成,具有微孔结构,V2O5主要以无定形形式存在于膜中,与TiO2有很强的相互作用,影响TiO2的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO2的结晶和金红石型TiO2的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na2S+ Na2SO3溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH4VO3的电解液中制备的TiO2/V2O5薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。
关键词:  TiO2  V2O5  膜层光催化剂  等离子体电解氧化  产氢
DOI:10.11951/j.issn.1005-0299.20230268
分类号:O641
文献标识码:A
基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目 (2007AA03Z337);哈尔滨工业大学城市水资源与环境国家重点实验室开放项目(HCK202115).
Preparation of porous TiO2/V2O5 composite film by plasma electrolytic oxidation and its enhanced photocatalytic H2 production
JIA Fangzhou1,YAO Zhongping2, JIANG Zhaohua2
(1.Capital Aerospace Machinery Corporation Limited, Beijing 100076, China; 2.School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract:
The inferior photocatalytic hydrogen production greatly hinders its industrial application of TiO2. Herein, porous TiO2/V2O5 composite film photocatalysts were prepared by plasma electrolytic oxidation (PEO) method in phosphate solution mixed with NH4VO3. The composition, structure and light absorption properties of as-synthesized photocatalysts were characterized by SEM, EDS, XRD, XPS and UV-Vis DRS spectra. The photocatalytic hydrogen production performance of the film photocatalysts was evaluated by gas chromatography. The effects of NH4VO3 content in the electrolyte on structure, composition and the properties of the films were investigated. The results showed that the composite film catalyst is mainly composed of anatase and rutile TiO2, with the micro-sized porous structure. V2O5 mainly exists in the form of amorphous state in the film, which has a strong interaction with TiO2, afftecting the interplanar spacing of TiO2. The study found that the elemental V inhibits the crystallization of TiO2 and the formation of rutile TiO2 as well as expands the optical absorption range of the film. The photocatalytic activity of the film catalysts for splitting Na2S+Na2SO3 solution into H2 illustrates TiO2/V2O5 films prepared with a mass concentration of 1 g/L NH4VO3 presents the highest photocatalytic activity, surpassing other photocatalysts reported recently. The repeating photocatalytic tests showed high stability and constant photocatalytic activity of such composite film catalysts.
Key words:  TiO2  V2O5  film photocatalyst  PLASMA electrolytic oxidation  H2 evolution

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