石墨烯基多酸复合材料的设计合成及光催化性能研究

发布时间：2017-10-31 12:19

  本文关键词：石墨烯基多酸复合材料的设计合成及光催化性能研究

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【摘要】：光催化技术是在光的作用下,光催化剂吸收一定的光子能量,将一些需在苛刻条件下进行的化学反应转化成在温和条件下即可进行的一项先进技术。这一技术由于其易操作,绿色无污染,具有广泛适用性等特点,在解决环境污染问题上发挥着独特作用。它的出现不仅为环境治理问题开辟出了一片新天地,同时在解决能源危机的问题上也有一定的影响力。然而,作为一项新技术,光催化技术仍然存在着一些缺点。该文章针对半导体光催化剂吸附能力差,光生载流子容易复合等问题,引入了具有较高比表面,优越导电性能等优点的石墨烯作为载体材料,制得了石墨烯基的光催化复合材料,以期望提高半导体材料的光催化性能。本文的研究内容主要有以下几个方面:(1)对于SrWO_4光生电子空穴对复合率高的问题,本文通过石墨烯纳米片作为电子收集者,用简单的化学沉淀法制备了石墨烯/SrWO_4纳米复合材料,期待提高其光催化活性。TEM图像显示,本文合成的石墨烯/SrWO_4复合材料中,SrWO_4纳米粒分散沉积在石墨烯纳米片上。光催化实验表明:和纯的SrWO_4相比,复合材料显示出明显提高的光催化性能,并且当起始氧化石墨的含量为4%时,石墨烯/SrWO_4复合材料光催化降解甲级橙溶液的表观速率常数比纯的SrWO_4的三倍还大。(2)对于磷钨酸水溶性大,不易回收利用的特点,本文采用离子半径较大的K+,通过室温化学沉淀的方法使其形成难溶固体K_3PW_(12)O_(40)。对于K_3PW_(12)O_(40)吸附性能较差,电子空穴对复合率高的问题,本文采用石墨烯纳米片作为K_3PW_(12)O_(40)的载体,以水作溶剂,采用绿色的光致还原的方法合成出了石墨烯/K_3PW_(12)O_(40)纳米杂化材料。石墨烯的引入,除了固化催化剂,同时还能够将K_3PW_(12)O_(40)产生的载流子中的电子进行转移,从而有效抑制电子空穴对的复合。光催化实验表明:石墨烯的引入,有效增强了材料的光催化性能。(3)采用离子半径较大的K+,使磷钼酸形成了难溶固体K_3PMo_(12)O_(40)。为了进一步解决K_3PMo_(12)O_(40)吸附性能差,载流子复合率高的问题,本文引入了新型纳米材料石墨烯。在乙醇作溶剂,加入表面活性剂的条件下,通过光致还原的方法合成了石墨烯/K_3PMo_(12)O_(40)的复合材料。SEM图像显示,合成的复合材料中的K_3PMo_(12)O_(40),为厚度约20 nm左右的纳米片构成的花型结构,其表面包裹着石墨烯纳米片。光催化实验表明:与纯的K_3PMo_(12)O_(40)相比,复合材料作光催化剂时,罗丹明B溶液显示出了明显提高的脱色率以及较大的表观速率常数值。
【关键词】：石墨烯 SrWO_4 K_3PW_(12)O_(40) K_3PMo_(12)O_(40) 光催化
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 光催化技术及原理14-15
• 1.2 石墨烯简介15-16
• 1.3 石墨烯的结构与性质16
• 1.4 石墨烯的制备16-18
• 1.4.1 微机械剥离法17
• 1.4.2 石墨的氧化-还原法17
• 1.4.3 外延生长法17
• 1.4.4 化学气相沉积法17-18
• 1.4.5 石墨的液相剥离法18
• 1.5 石墨烯的应用18-20
• 1.5.1 石墨烯在电容器中的应用18-19
• 1.5.2 石墨烯在传感器中的应用19
• 1.5.3 石墨烯在锂离子电池中的应用19
• 1.5.4 石墨烯在光催化中的应用19-20
• 1.5.5 石墨烯在其它方面的应用20
• 1.6 石墨烯基的光催化复合材料20-22
• 1.6.1 石墨烯/金属复合的光催化材料20-21
• 1.6.2 石墨烯/金属氧化物复合的光催化材料21
• 1.6.3 石墨烯/金属硫化物复合的光催化材料21
• 1.6.4 石墨烯/Bi系化合物复合的光催化材料21
• 1.6.5 其它的石墨烯基复合的光催化材料21-22
• 1.7 石墨烯基光催化复合材料的应用22-24
• 1.7.1 光催化降解有机污染物22
• 1.7.2 光催化分解水制氢22-23
• 1.7.3 光催化杀菌23
• 1.7.4 光催化CO_2转化23-24
• 1.7.5 在其它方面的应用24
• 1.8 本论文的研究意义和研究内容24-26
• 第2章 实验试剂与仪器26-30
• 2.1 实验试剂及设备26-27
• 2.1.1 实验试剂26-27
• 2.1.2 实验仪器27
• 2.2 测试与表征方法27-29
• 2.2.1 X-射线衍射分析27-28
• 2.2.2 扫描电子显微镜28
• 2.2.3 透射电子显微镜28
• 2.2.4 红外光谱28
• 2.2.5 拉曼光谱28-29
• 2.2.6 紫外-可见漫反射光谱29
• 2.3 光催化性能评价29-30
• 第3章 石墨烯/SrWO_4复合材料的设计合成及光催化性能研究30-44
• 3.1 引言30-31
• 3.2 实验部分31-33
• 3.2.1 实验试剂与仪器31
• 3.2.2 样品的合成31-32
• 3.2.3 样品的表征32-33
• 3.2.4 样品光催化性能的测试33
• 3.3 结果与讨论33-42
• 3.3.1 XRD分析33-34
• 3.3.2 透射电镜分析34
• 3.3.3 红外分析34-35
• 3.3.4 拉曼分析35-36
• 3.3.5 紫外-可见漫反射分析36
• 3.3.6 光催化活性评价36-42
• 3.4 小结42-44
• 第4章 石墨烯/K_3PW_(12)O_(40)复合材料的设计合成及光催化性能研究44-54
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-47
• 4.2.1 实验试剂与仪器45
• 4.2.2 样品的制备45-46
• 4.2.3 石墨烯/K_3PW_(12)O_(40)合成反应机理：46-47
• 4.2.4 样品的表征47
• 4.2.5 样品的光催化性能测试47
• 4.3 结果与讨论47-53
• 4.3.1 电镜分析47-48
• 4.3.2 XRD分析48-49
• 4.3.3 红外分析49
• 4.3.4 拉曼分析49-50
• 4.3.5 紫外-可见漫反射分析50-51
• 4.3.6 光催化活性评价51-53
• 4.4 小结53-54
• 第5章 石墨烯/K_3PMo_(12)O_(40)复合材料的设计合成及光催化性能研究54-64
• 5.1 引言54
• 5.2 实验部分54-56
• 5.2.1 实验试剂及仪器54
• 5.2.2 样品的制备54-55
• 5.2.3 样品的表征55
• 5.2.4 样品的光催化性能的测试55-56
• 5.3 结果与讨论56-63
• 5.3.1 XRD分析56
• 5.3.2 电镜分析56-57
• 5.3.3 红外光谱分析57-58
• 5.3.4 拉曼分析58
• 5.3.5 紫外-可见漫反射分析58-59
• 5.3.6 光催化性能评价59-63
• 5.4 小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-74
• 硕士学位期间所发表的学术论文74-76
• 致谢76-77
• 详细摘要77-81

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