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增强型TiO<sub>2</sub>-TiN纳米颗粒复合材料的可见光催化产氢性能

DOI：10.1021/acs.jpcc.8b09221 期刊：The Journal of Physical Chemistry C 出版年份：2019 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 金属氮化物因其物理和光学特性在能源应用方面具有潜力。研究人员通过甲醇重整法探究了氮化钛（TiN）与二氧化钛（TiO?）纳米颗粒复合材料的析氢（H?）光催化活性。采用纳米级TiO?与TiN的物理混合方法，以避免热制备过程中出现的氧氮化物形成和颗粒团聚现象。这种便捷的TiO?与TiN组合在紫外/可见光共同照射下展现出显著的协同效应（TiO?-TiN复合材料产氢率达9.4 μmol/h，纯TiO?为1.8 μmol/h）。仅用紫外光照射时也观察到与复合光照相近的增强因子，表明该复合材料活性的提升主要源于紫外驱动的光催化作用。单独可见光照射未显示活性/增强效果，但在紫外与紫外/可见光交替照射时出现轻微增强，暗示TiN等离子体效应的贡献。我们推测这种等离子体贡献依赖于TiO?的带隙激发，这会降低TiO?/TiN界面的能带弯曲程度，从而促进TiN中的热电子从界面迁移并用于析氢反应。
作者： Edwin B. Clatworthy，Samuel Yick，Adrian T. Murdock，Morgan Charles Allison，Avi Bendavid，Anthony F. Masters，Thomas Maschmeyer
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究不同光照条件下通过甲醇重整反应的TiO2-TiN纳米颗粒复合材料的产氢光催化活性。

研究成果

二氧化钛-氮化钛纳米颗粒复合材料在紫外光及紫外/可见光联合作用下因协同效应（主要由紫外激发驱动）表现出增强的光催化产氢性能。其增强机制源于界面处能带弯曲的降低，促进了来自氮化钛的热电子迁移。氮化钛的形貌与负载量影响活性，当氮化钛含量为33 wt%时达到最佳性能。该研究证实了过渡金属氮化物提升太阳能燃料应用中光催化效率的潜力，并对未来复合结构设计与材料合成的研究方向提出了建议。

研究不足

该研究仅限于特定的TiN和TiO2样品；推广至其他材料的普适性可能有所不同。由于团聚和沉积，光催化活性随时间下降，需通过超声处理恢复。单独可见光照射下未观察到增强效应，表明无紫外激发时等离子体利用存在局限。实验装置采用特定光源和条件，可能无法完全代表自然太阳辐射。

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