硒化铅纳米材料制备及光催化性能研究

发布时间：2020-05-13 15:18

【摘要】：随着全世界范围内工业的快速发展,大量的有机染料被排放到水中污染了水环境。由于有机染料良好的稳定性和对动植物很高的危害性,解决有机染料对水体污染的问题成引起了全世界广泛关注和研究。半导体纳米材料作为一种光催化剂能够有效的解决有机染料带来的水体污染问题,从而被大量的研究的和报道。相比于Zn O和TiO_2等传统宽带隙的半导体光催化剂,很多窄带隙的半导体材料具有大的光吸收范围和对有机染料强的吸附度等优点在光催化领域引起了广泛的关注。其中,PbSe纳米管作为一种典型的IV-VI族窄带隙半导体材料,在光催化领域有潜在的应用。本文通过牺牲模板法在抗坏血酸的辅助下制备了PbSe纳米管,以制备的PbSe纳米管为模板通过水热法合成了PbSe/TiO_2复合纳米管,此外还对制备的PbSe纳米管进行Ag修饰并研究了它们对于不同有机染料分子的光催化性能。具体研究内容如下:首先,本文通过室温下在水溶液中合成了Se纳米线,然后以Se纳米线作为模板和Se离子源在抗坏血酸的辅助下制备了PbSe纳米管。利用SEM、TEM和XRD对样品的形貌和晶体结构进行了分析。对PbSe纳米管的生长机理进行研究,结果表明Pb2+浓度和抗坏血酸对PbSe纳米管的形成起关键性的作用。通过光催化研究发现,PbSe纳米管在H2O2的存在下对亚甲基蓝有很好的光催化活性。其次,本文以制备的PbSe纳米管为模板通过水浴反应的方法制备了PbSe/TiO_2复合纳米管。通过SEM和TEM的表征发现复合纳米管的平均直径和长度分别为292 nm和1.5~3.7μm。通过光催化性能研究发现,和纯PbSe纳米管相比PbSe/TiO_2复合纳米管对甲基橙有更好的光催化活性。催化机理的研究发现,PbSe/TiO_2复合纳米管结构所表现出较高的光催化效率归因于异质结结构能够有效的促进载流子的分离效率,从而实现光催化效率的提高。最后,通过简便且低成本的紫外光(365 nm)诱导还原法成功合成了Ag修饰的PbSe纳米管。通过SEM对所制备的Ag修饰的PbSe纳米管进行表征。结果表明,直径为20~60 nm的金属银纳米粒子很好的分散在PbSe纳米管表面。光催化实验表明,Ag修饰的PbSe纳米管对孔雀石绿在H2O2的存在下有优异的光催化活性。循环实验研究发现,Ag修饰的PbSe纳米管具有很好的循环稳定性。此外,对Ag修饰的PbSe纳米管的光催化机理进行了系统的分析。
【图文】：

光催化机理

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文化原理化技术是指纳米半导体材料能够吸收利用太阳光中特定波长的材料受光子能量的激发在内部产生载流子（电子-空穴对）。水中够与半导体材料中产生的电子和空穴结合而生成具有氧化活性子基团。染料分子能够与这些活性离子基团发生氧化还原反应团能够将染料分子降解为 CO2和 H2O 等无毒的小分子[19]。具体光催化机理如图 1-1 所示。

示意图,NaCl结构,示意图,半导体材料

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文较大的比表面积常常被选择作为光催化流子分离效率，，科学家们还对催化剂材杂。介带隙的IV-VI族半导体材料，PbSe的禁带 46 nm[21]。PbSe 具有 NaCl 型的晶体结-2 所示。其晶格常数为 a = 0.612 nm，所尔半径为 46 nm，与其他半导体材料相自身的电子有效质量和空穴有效质量都较对 PbSe 在光伏器件和光催化领域的应用如表 1-1 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ426;TB383.1

【参考文献】