生物质基多元复合半导体材料的制备及其多功能特性的研究
发布时间：2022-05-03 00:44
光催化作为解决能源和环境问题的理想、有效的方法之一,制备新型高效的光催化材料是当前研究的热点。结合习总书记提出“中国梦”后人们对人居环境“绿色梦”的追求及本学科木材科学的研究,以天然可再生的生物质材料（木材、木粉及蝶翅）为基质,负载无机微纳米材料,构建绿色化、功能化、舒适化的生物质基复合材料。生物质材料的特殊多层次结构,如木材的多孔结构、蝶翅的鳞片结构,以及其组成成分中富含羟基、氨基等具有吸附作用的基团,是无机微纳米粒子成核及生长的位点,因此,通过简单的水热合成和银镜反应,将生物质的优势与具有特殊功能的无机材料完美结合。基于木材的实际应用,进一步通过表面低表面能物质改性处理,可改善木材的固有缺陷,提高木材表面的超疏水、超双疏性能,同时无机微纳米粒子赋予了木材抑菌、光催化降解、负氧离子释放及气体传感等多功能特性。通过煅烧处理,将生物质材料中富含的非金属元素碳掺杂入无机半导体材料中,复制生物质模板的结构,并通过碳掺杂提高半导体材料的结构特征,得到新型高效的生物质衍生碳掺杂的半导体气敏材料。本论文的主要研究内容及结论总结为以下几点:（1）以低温水热合成法和低表面能物质氟硅烷修饰,得到超疏水T...
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 光催化的发展
1.3 光催化材料存在的问题及发展趋势
1.4 光催化材料的修饰
1.4.1 过渡金属离子掺杂
1.4.2 贵金属沉积
1.4.3 非金属元素掺杂
1.4.4 半导体光催化剂复合
1.4.5 共掺杂
1.5 半导体光催化材料的应用
1.5.1 光催化产氢产氧
1.5.2 光催化降解
1.5.3 负氧离子释放
1.5.4 气敏传感器
1.6 木质基光催化材料的研究进展
1.6.1 国内外木质基光催化材料的研究现状
1.6.2 木质基光催化材料的制备方法
1.7 本论文的选题意义、研究内容与创新点
1.7.1 选题思路
1.7.2 研究内容
1.7.3 创新点
2 超疏水TiO_2/木材复合材料的制备及性能研究
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 材料与试剂
2.2.2 TiO_2/木材复合材料的制备
2.2.3 TiO_2/木材复合材料的超疏水表面改性
2.2.4 表征方法
2.3 结果分析
2.3.1 TiO_2/木材复合材料的晶体结构
2.3.2 表面改性后TiO_2/木材复合材料的微观形貌
2.3.3 表面改性后TiO_2/木材复合材料的热分析
2.3.4 表面改性后TiO_2/木材复合材料的超疏水、耐酸、抗紫外及耐久性研究
2.3.5 超疏水表面的形成机理
2.4 本章小结
3 超疏水、抑菌的Ag/TiO_2/木材复合材料的制备及光催化性能研究
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 材料与试剂
3.2.2 Ag/TiO_2/木材复合材料的制备
3.2.3 Ag/TiO_2/木材复合材料的表面改性
3.2.4 表征方法
3.2.5 可见光降解苯酚试验
3.2.6 抑菌实验
3.3 结果分析
3.3.1 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的结构表征
3.3.2 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的润湿性分析
3.3.3 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的抑菌性能分析
3.3.4 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的光催化性能分析
3.4 本章小结
4 超双疏抗菌型TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的制备及负氧离子释放的性能研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 材料与试剂
4.2.2 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的制备
4.2.3 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的表面改性
4.2.4 表征方法
4.2.5 紫外光照射释放负氧离子的测定
4.2.6 TiO_2/Cu_2O/木材的抑菌试验
4.3 结果分析
4.3.1 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的结构表征
4.3.2 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的润湿性分析
4.3.3 超疏水TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的负氧离子释放性能分析
4.3.4 负氧离子释放性能的机理分析
4.3.5 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的抗菌性分析
4.4 本章小结
5 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的制备及其光催化降解有机染料的研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 材料与试剂
5.2.2 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的制备
5.2.3 表征方法
5.2.4 光催化性能测定
5.3 结果分析
5.3.1 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的结构表征
5.3.2 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的比表面积及孔隙分析
5.3.3 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的光催化性能分析
5.4 本章小结
6 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的制备及气敏性能研究
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 材料与试剂
6.2.2 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的制备
6.2.3 表征方法
6.2.4 气敏元件的制备及测试
6.3 结果分析
6.3.1 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的结构表征
6.3.2 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的比表面积及孔隙分析
6.3.3 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的气敏性能分析
6.3.4 气敏性能的机理分析
6.4 本章小结
7 仿生蝶翅结构制备生物质衍生碳掺杂TiO_2及光催化气敏系统的研究
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 材料与试剂
7.2.2 生物质衍生碳掺杂TiO_2的制备
7.2.3 表征方法
7.2.4 气敏元件的制备及测试
7.2.5 光催化气敏系统对挥发性有机化合物(VOC)的持久性气敏测试
7.3 结果分析
7.3.1 生物质衍生碳掺杂TiO_2的结构表征
7.3.2 生物质衍生碳掺杂TiO_2的比表面积及孔隙分析
7.3.3 生物质衍生碳掺杂TiO_2的气敏性能分析
7.3.4 生物质衍生碳掺杂TiO_2的光催化性能分析
7.3.5 机理分析
7.3.6 光催化气敏系统的持久性VOCs气敏测试
7.4 本章小结
结论与展望
1. 结论
2. 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
东北林业大学博士学位论文修改情况确认表
【参考文献】：
期刊论文
[1]预掺杂法制备Au/TiO2纳米管薄膜及其光电性能研究[J]. 王辉,梁伟. 功能材料. 2019(08)
[2]溶胶-凝胶法功能性改良木材研究进展[J]. 李利芬,吴志刚,余丽萍. 世界林业研究. 2019(02)
[3]木材表面Fe3+掺杂TiO2/SiO2复合膜构建及其光催化性能[J]. 玄路宁,刘志高,符韵林. 林业工程学报. 2018(04)
[4]掺杂型Bi2WO6可见光光催化材料的最新研究进展[J]. 郑化杰,孟繁梅,关毅,朱娇. 功能材料. 2016(12)
[5]蝴蝶翅表面多级微/纳结构疏水模型及耦合机理[J]. 房岩,孙刚,毕雨涵,智亨. Science Bulletin. 2015(02)
[6]纳米ZnO气敏传感器研究进展[J]. 宣天美,尹桂林,葛美英,林琳,何丹农. 材料导报. 2015(01)
[7]纳米MnO2改性木材对甲醛的光催化降解研究[J]. 刘辛燕,薛静,何淑娟,仝莉,马晓军. 西北林学院学报. 2014(03)
[8]Biogenic C-doped titania templated by cyanobacteria for visible-light photocatalytic degradation of Rhodamine B[J]. Jiao He,Guoli Zi,Zhiying Yan,Yongli Li,Jiao Xie,Deliang Duan,Yongjuan Chen,Jiaqiang Wang. Journal of Environmental Sciences. 2014(05)
[9]大自然给予的启发——木材仿生科学刍议[J]. 李坚,孙庆丰. 中国工程科学. 2014(04)
[10]功能性无机-晶态纳米纤维素复合材料的研究进展与展望[J]. 徐雁. 化学进展. 2011(11)
博士论文
[1]木质高分子复合材料的改性设计及性能评价[D]. 李慧媛.南京林业大学 2015
[2]几种半导体光催化剂的制备及光催化性能研究[D]. 李娣.南开大学 2014
[3]外负载无机纳米/木材功能型材料的低温水热共溶剂法可控制备及性能研究[D]. 孙庆丰.东北林业大学 2012
硕士论文
[1]新型磷酸盐光催化剂的合成及应用[D]. 王培.河北工程大学 2019
[2]层状四钛酸钾复合物的制备、表征及光催化性能研究[D]. 卞凯丽.南京理工大学 2017
[3]非金属自掺杂（S,C）-TiO2的制备与光催化性能研究[D]. 李峰.山西师范大学 2015
[4]基于自然生物模板的半导体功能材料及其气敏性能的研究[D]. 宋宁宁.河南师范大学 2013
[5]纳米二氧化钛形貌控制合成与光催化活性[D]. 徐凛.湖北师范学院 2012
[6]多功能负氧离子纺织品的研究与开发[D]. 陶荣.浙江理工大学 2012
[7]负离子纺织品的测试及溶胶—凝胶法用于负离子功能整理[D]. 蔡淑君.东华大学 2008
本文编号：3650287
【文章页数】：138 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 引言
1.2 光催化的发展
1.3 光催化材料存在的问题及发展趋势
1.4 光催化材料的修饰
1.4.1 过渡金属离子掺杂
1.4.2 贵金属沉积
1.4.3 非金属元素掺杂
1.4.4 半导体光催化剂复合
1.4.5 共掺杂
1.5 半导体光催化材料的应用
1.5.1 光催化产氢产氧
1.5.2 光催化降解
1.5.3 负氧离子释放
1.5.4 气敏传感器
1.6 木质基光催化材料的研究进展
1.6.1 国内外木质基光催化材料的研究现状
1.6.2 木质基光催化材料的制备方法
1.7 本论文的选题意义、研究内容与创新点
1.7.1 选题思路
1.7.2 研究内容
1.7.3 创新点
2 超疏水TiO_2/木材复合材料的制备及性能研究
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 材料与试剂
2.2.2 TiO_2/木材复合材料的制备
2.2.3 TiO_2/木材复合材料的超疏水表面改性
2.2.4 表征方法
2.3 结果分析
2.3.1 TiO_2/木材复合材料的晶体结构
2.3.2 表面改性后TiO_2/木材复合材料的微观形貌
2.3.3 表面改性后TiO_2/木材复合材料的热分析
2.3.4 表面改性后TiO_2/木材复合材料的超疏水、耐酸、抗紫外及耐久性研究
2.3.5 超疏水表面的形成机理
2.4 本章小结
3 超疏水、抑菌的Ag/TiO_2/木材复合材料的制备及光催化性能研究
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 材料与试剂
3.2.2 Ag/TiO_2/木材复合材料的制备
3.2.3 Ag/TiO_2/木材复合材料的表面改性
3.2.4 表征方法
3.2.5 可见光降解苯酚试验
3.2.6 抑菌实验
3.3 结果分析
3.3.1 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的结构表征
3.3.2 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的润湿性分析
3.3.3 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的抑菌性能分析
3.3.4 超疏水Ag/TiO_2/木材复合材料的光催化性能分析
3.4 本章小结
4 超双疏抗菌型TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的制备及负氧离子释放的性能研究
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 材料与试剂
4.2.2 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的制备
4.2.3 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的表面改性
4.2.4 表征方法
4.2.5 紫外光照射释放负氧离子的测定
4.2.6 TiO_2/Cu_2O/木材的抑菌试验
4.3 结果分析
4.3.1 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的结构表征
4.3.2 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的润湿性分析
4.3.3 超疏水TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的负氧离子释放性能分析
4.3.4 负氧离子释放性能的机理分析
4.3.5 TiO_2/Cu_2O/木材复合材料的抗菌性分析
4.4 本章小结
5 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的制备及其光催化降解有机染料的研究
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 材料与试剂
5.2.2 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的制备
5.2.3 表征方法
5.2.4 光催化性能测定
5.3 结果分析
5.3.1 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的结构表征
5.3.2 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的比表面积及孔隙分析
5.3.3 木质基WO_3/TiO_2光催化剂的光催化性能分析
5.4 本章小结
6 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的制备及气敏性能研究
6.1 引言
6.2 材料与方法
6.2.1 材料与试剂
6.2.2 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的制备
6.2.3 表征方法
6.2.4 气敏元件的制备及测试
6.3 结果分析
6.3.1 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的结构表征
6.3.2 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的比表面积及孔隙分析
6.3.3 生物质衍生碳掺杂Bi_2WO_6的气敏性能分析
6.3.4 气敏性能的机理分析
6.4 本章小结
7 仿生蝶翅结构制备生物质衍生碳掺杂TiO_2及光催化气敏系统的研究
7.1 引言
7.2 材料与方法
7.2.1 材料与试剂
7.2.2 生物质衍生碳掺杂TiO_2的制备
7.2.3 表征方法
7.2.4 气敏元件的制备及测试
7.2.5 光催化气敏系统对挥发性有机化合物(VOC)的持久性气敏测试
7.3 结果分析
7.3.1 生物质衍生碳掺杂TiO_2的结构表征
7.3.2 生物质衍生碳掺杂TiO_2的比表面积及孔隙分析
7.3.3 生物质衍生碳掺杂TiO_2的气敏性能分析
7.3.4 生物质衍生碳掺杂TiO_2的光催化性能分析
7.3.5 机理分析
7.3.6 光催化气敏系统的持久性VOCs气敏测试
7.4 本章小结
结论与展望
1. 结论
2. 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
东北林业大学博士学位论文修改情况确认表
【参考文献】：
期刊论文
[1]预掺杂法制备Au/TiO2纳米管薄膜及其光电性能研究[J]. 王辉,梁伟. 功能材料. 2019(08)
[2]溶胶-凝胶法功能性改良木材研究进展[J]. 李利芬,吴志刚,余丽萍. 世界林业研究. 2019(02)
[3]木材表面Fe3+掺杂TiO2/SiO2复合膜构建及其光催化性能[J]. 玄路宁,刘志高,符韵林. 林业工程学报. 2018(04)
[4]掺杂型Bi2WO6可见光光催化材料的最新研究进展[J]. 郑化杰,孟繁梅,关毅,朱娇. 功能材料. 2016(12)
[5]蝴蝶翅表面多级微/纳结构疏水模型及耦合机理[J]. 房岩,孙刚,毕雨涵,智亨. Science Bulletin. 2015(02)
[6]纳米ZnO气敏传感器研究进展[J]. 宣天美,尹桂林,葛美英,林琳,何丹农. 材料导报. 2015(01)
[7]纳米MnO2改性木材对甲醛的光催化降解研究[J]. 刘辛燕,薛静,何淑娟,仝莉,马晓军. 西北林学院学报. 2014(03)
[8]Biogenic C-doped titania templated by cyanobacteria for visible-light photocatalytic degradation of Rhodamine B[J]. Jiao He,Guoli Zi,Zhiying Yan,Yongli Li,Jiao Xie,Deliang Duan,Yongjuan Chen,Jiaqiang Wang. Journal of Environmental Sciences. 2014(05)
[9]大自然给予的启发——木材仿生科学刍议[J]. 李坚,孙庆丰. 中国工程科学. 2014(04)
[10]功能性无机-晶态纳米纤维素复合材料的研究进展与展望[J]. 徐雁. 化学进展. 2011(11)
博士论文
[1]木质高分子复合材料的改性设计及性能评价[D]. 李慧媛.南京林业大学 2015
[2]几种半导体光催化剂的制备及光催化性能研究[D]. 李娣.南开大学 2014
[3]外负载无机纳米/木材功能型材料的低温水热共溶剂法可控制备及性能研究[D]. 孙庆丰.东北林业大学 2012
硕士论文
[1]新型磷酸盐光催化剂的合成及应用[D]. 王培.河北工程大学 2019
[2]层状四钛酸钾复合物的制备、表征及光催化性能研究[D]. 卞凯丽.南京理工大学 2017
[3]非金属自掺杂（S,C）-TiO2的制备与光催化性能研究[D]. 李峰.山西师范大学 2015
[4]基于自然生物模板的半导体功能材料及其气敏性能的研究[D]. 宋宁宁.河南师范大学 2013
[5]纳米二氧化钛形貌控制合成与光催化活性[D]. 徐凛.湖北师范学院 2012
[6]多功能负氧离子纺织品的研究与开发[D]. 陶荣.浙江理工大学 2012
[7]负离子纺织品的测试及溶胶—凝胶法用于负离子功能整理[D]. 蔡淑君.东华大学 2008
本文编号：3650287
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