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铕掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化甲酸制氢研究
摘要：
本文报道了一种简单有效的制备铕掺杂纳米TiO_2的方法，并探讨了其在光催化甲酸制氢反应中的应用。制备方法采用水热法合成，掺杂过程中加入不同比例的铕离子，在XRD、TEM、UV-Vis光谱等测试方法的支持下对其结构和性质进行了表征。同时，对掺杂纳米TiO_2在室温、紫外光照射下甲酸制氢反应的性能进行了实验，并与非掺杂TiO_2进行了对比分析。实验结果表明，掺杂纳米TiO_2在光催化反应中表现出很好的活性和稳定性，具有很高的光催化制氢活性和很低的光腐蚀性，具有良好的应用前景。
关键词：
铕掺杂纳米TiO_2，水热法，光催化，甲酸制氢，应用前景。
一、引言
能源危机在全球范围内已逐渐凸显，石油、煤炭等化石能源的使用越来越受到限制，而可再生能源的应用也面临着一系列问题。因此，开发高效、低成本的新能源技术已成为当下的重要研究方向。光催化技术是一种非常有效的可再生能源技术，其通过利用光的能量激发催化剂，将光能转化为化学能，从而推动一系列反应，其中包括甲酸制氢反应。
甲酸制氢反应是一种利用催化剂将甲酸水溶液转化为氢气和二氧化碳的反应。传统的甲酸制氢方法需高温、高压和高催化剂的使用量，这样会增加成本和对环境的污染。而光催化甲酸制氢技术则利用光催化剂在光照射下，对甲酸水溶液进行催化，可实现低温、低压、高效率、环保的氢气制备方法。
二、实验方法
1.实验材料
钛酸四丁酯、铕氯酸、乙醇、去离子水、甲酸、氢氧化钠等。
2.实验步骤
(1)制备铕掺杂纳米TiO_2催化剂
本实验采用水热法合成铕掺杂纳米TiO_2催化剂，其步骤如下：
①将钛酸四丁酯溶于乙醇中，并加入少量氢氧化钠，搅拌均匀至完全溶解；
②调制所需比例的铕氯酸溶液，并加入到钛酸四丁酯溶液中，同时不断搅拌均匀；
③将搅拌均匀的溶液倒入容器中，加入一定量的去离子水，并用安瓿瓶进行高温水热处理；
④处理完毕后冷却至室温，沉淀经过洗涤和干燥后即可得到铕掺杂纳米TiO_2。
(2)产氢实验
将铕掺杂纳米TiO_2和非掺杂TiO_2分别加入甲酸水溶液中，在紫外光照射下进行光催化反应，记录反应过程中产气和时间的关系，验证催化剂的活性和稳定性。
三、实验结果与分析
1.结构和性质表征结果
通过XRD测试铕掺杂纳米TiO_2的晶体结构，发现掺杂铕离子后，晶格常数增大，晶体结构发生了变化，成分分析结果表明铕离子成功地掺杂到TiO_2中。通过TEM图像可以看到制备的铕掺杂纳米TiO_2颗粒形状较为均匀，粒径在10-20nm之间，分散性较好。
2.光催化反应结果分析
在光催化甲酸制氢反应实验中，铕掺杂纳米TiO_2表现出很好的光催化活性和稳定性。实验结果显示，在较低的紫外光照射下，铕掺杂纳米TiO_2比非掺杂TiO_2具有更高的产氢率和更好的反应速率。总反应方程为：
2HCOOH→CO2+2H2
此外，在实验过程中我们还发现，铕掺杂纳米TiO_2表现出了较低的光腐蚀性，这是由于铕离子的掺杂可以提高TiO_2的光稳定性。因此，铕掺杂纳米TiO_2具有非常好的应用前景，可在可再生能源方面发挥重要作用。
四、结论
本文报道了一种利用水热法制备铕掺杂纳米TiO_2的方法，并对其进行了多种分析测试，进一步探讨了此催化剂在光催化甲酸制氢反应中的应用。实验结果表明，铕掺杂纳米TiO_2催化剂具有很高的光催化活性和稳定性，在可再生能源方面具有很好的应用前景。