磷钨酸大环铜复合物的制备及其光催化性能研究

发布时间：2020-11-02 16:02

　　 光催化技术是一种新兴的半导体催化技术,在能源与处理环境污染等领域有着巨大的应用潜力。磷钨酸由于其自身独特的电子性能以及结构,表现出优异的催化性能,可以产生大量的活性物种有效地降解污染物。并且磷钨酸具有较高的稳定性,在光催化中具有良好的应用前景。本文以磷钨酸大环铜((CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2)作为光催化材料,通过构筑不同的光催化异质结来提高磷钨酸大环铜的光催化效率。本文的主要研究内容如下:(1)通过简便有效的合成方法成功制备了新型(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-CdS传统异质结复合材料。研究表明(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-CdS复合材料对四环素以及罗丹明B(RhB)等污染物具有较好的可见光光催化活性,其中CuPW-CdS-10的光催化性能最好,对四环素的降解率达到79%,而罗丹明B降解效果则达到91%。并且探究了四环素降解的中间产物,提出了传统异质结的光催化机理,分析了传统异质结的优点以及缺点。(2)为了使体系具有强氧化还原电位,且具有高效的光生电子和空穴分离效率。我们通过水溶液法合成Z-型(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2/AgCl@Ag异质结构光催化剂。CPA-2样品可以降解65%的2,4-二硝基苯酚,光催化产H_2的速率为19.28μmolg~(-1)h~(-1)。这充分说明Z-型催化剂保留了该体系最佳的氧化还原能力,并且能够抑制光生电子和空穴的重组,成功的克服了传统异质结的缺点,更进一步地加快了光生电子和空穴的分离。(3)(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-Fe_2O_3不仅克服了磷钨酸的紫外光响应和易溶解的缺点,而且同时克服了大环铜在光芬顿降解条件下的自降解。并且该体系具有非常优异的光催化性能,能在120 min内降解98%以上的酚类污染物。我们探究了该体系光芬顿降解不同酚类物质的速率,并进一步了提出合理的光芬顿机理。(4)通过水溶液法成功地合成了(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-TiO_2光催化剂。通过XRD,SEM,DRS,TEM等表征手段对(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-TiO_2进行分析,实验结果表明TiO_2已经成功负载到了(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2上。并且对该复合体系进行了光催化分解水测试,提出了相应的光催化分解水机理。
【学位单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O643.36;O644.1;X505
【部分图文】：

?裟茏?怀傻缒埽?佣?纸馑???馄?脱跗????1.1a, b）[37-39]。光催化也可以降解有机污染物（图1.1c）[40-42]，或者是将二氧化碳还原成有机燃料（图 1.1d）[43-45]。由于太阳能的可持续性，光催化技术在解决能源危机和处理环境污染等领域具有潜在的应用。然而，想让光催化技术应用于能源和环境处理等领域也绝非易事。首先，太阳光必须有足够的能量来激发半导体材料价带中的电子，使其跃迁到导带。其次，光催化剂的价带和导带的氧化还原电位必须大于目标物的氧化还原电位。前者表明

图 1.2 传统异质结的电子传递图[46]植物的光合作用可以将 H2O 和 CO2转化为质结材料的光催化过程。如图 1.3 所示，电子。与传统异质结材料不同的是，PS I空穴复合，这样一来 PS II 和 PS I 分别保留导带中的光生电子用于还原 CO2，而 PS I该体系为 Z-型光催化体系，具有很强的氧隙半导体获得的 Z-型光催化体系既可以实强可见光的吸收。

图 1.2 传统异质结的电子传递图[46]异质结界中，植物的光合作用可以将 H2O 和 CO2转化为碳水化合于 Z-型异质结材料的光催化过程。如图 1.3 所示，在太阳光被激发出电子。与传统异质结材料不同的是，PS II 导带中的 价带上与空穴复合，这样一来 PS II 和 PS I 分别保留着自身最。PS I 的导带中的光生电子用于还原 CO2，而 PS II 价带中的。因此，该体系为 Z-型光催化体系，具有很强的氧化还原性两个窄带隙半导体获得的 Z-型光催化体系既可以实现优异的有利于增强可见光的吸收。
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本文编号：2867255