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SrTiO3基纳米复合材料的制备及其光催化制氢性能研究的中期报告
摘要：
本文介绍了通过溶胶-凝胶法制备SrTiO3纳米晶，并将其与不同催化剂进行复合制备了SrTiO3基纳米复合材料。通过X射线衍射、扫描电镜和傅里叶变换红外光谱对复合材料的结构进行表征，结果表明成功制备出了SrTiO3基纳米复合材料。进一步研究了该复合材料的光催化制氢性能，发现添加Pt和Pd催化剂后均能有效提高其光催化制氢性能。
关键词：
SrTiO3；纳米晶；催化剂；复合材料；光催化制氢性能
一、引言
随着能源危机日益加剧，寻找新型、高效、清洁的能源逐渐成为人们关注的重点。光催化产氢技术具有可持续性、高效性和清洁性等优点，被认为是一种潜力巨大的氢源。SrTiO3是一种具有较宽能隙和优良的光催化性能的半导体材料。通过将SrTiO3与其他催化剂进行复合，可以有效提高其光催化制氢性能，因此已经成为当前研究的热点之一。
本研究采用溶胶-凝胶法制备SrTiO3纳米晶，并将其与不同催化剂进行复合制备了SrTiO3基纳米复合材料。通过对复合材料进行表征，探究了其结构特点，研究了不同催化剂对复合材料光催化制氢性能的影响，为进一步探究SrTiO3基纳米复合材料的光催化制氢性能奠定了基础。
二、实验方法
1.制备SrTiO3纳米晶
首先将乙酸钛、乙酸钡和乙酸铈分别加入乙醇中，并进行搅拌。在其中加入一定量的烷基胺作为表面活性剂，然后将其放置于60°C下反应24h，得到白色胶体。将胶体加入到盛有去离子水的反应室中，使用高温煅烧法制备SrTiO3纳米晶。
2.制备SrTiO3基纳米复合材料
将制备好的SrTiO3纳米晶与不同催化剂（Pt、Pd）进行复合制备SrTiO3基纳米复合材料。将所需的催化剂溶解或悬浮于SrTiO3纳米晶的溶液中，并进行搅拌，然后将其在烘箱中干燥，最后放置于高温煅烧炉中进行煅烧。
3.表征材料结构
使用X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对制备好的SrTiO3基纳米复合材料进行表征，探究其结构特点。
4.测定光催化产氢性能
采用实验室制作的光反应器进行光催化产氢实验。实验中使用甲醇、稀酸或稀碱水溶液作为模拟排放物，将所需的催化剂添加到反应体系中，然后将反应体系置于光源下进行反应。通过测量反应后产生的氢气体积进行反应效果评价。
三、实验结果与分析
1.制备的SrTiO3基纳米复合材料表征
通过XRD分析，可以看到不同复合材料中的SrTiO3纳米晶具有相同的结构特点，没有明显的晶面偏移、掺杂或相变。通过SEM观察，图像中可以看到纳米晶比较均匀地分布在催化剂颗粒表面上，呈现出较为光滑的表面形态。同时，FTIR谱图显示，在不同复合材料中具有相同的官能团及振动模型，表现为Ti-O化学键及O-H键组成的峰值，证明了不同复合材料结构方面的相似性。
2.光催化制氢性能测试
本实验对比了添加Pt、Pd两种不同催化剂后复合材料的光催化制氢性能。结果表明，添加催化剂后，复合材料的光催化制氢性能均有所提高。其中，Pd催化剂的提高幅度稍大，但添加Pt的复合材料具有更好的光催化稳定性。这两种潜在的催化剂都能明显提高复合材料的光催化制氢效率，表明SrTiO3基纳米复合材料可以通过添加不同的催化剂来改变其光解水分解的性质。
四、结论
通过溶胶-凝胶法制备了SrTiO3纳米晶，并将其与不同催化剂进行复合制备了SrTiO3基纳米复合材料。通过对复合材料的结构和光催化制氢性能进行表征和测试，我们得出以下结论：制备出的SrTiO3基纳米复合材料具有优良的结构特点，催化剂能够有效改善了它们的光催化制氢性能，其中Pd催化剂的提高幅度比较大，但添加Pt的复合材料具有更好的光催化稳定性。研究结果表明，SrTiO3基纳米复合材料可以通过添加不同的催化剂来改变其光解水分解的性质，这对于进一步提高光催化产氢技术的效率和稳定性具有重要意义。