利用表面增强拉曼光谱研究纳米银颗粒膜选择性催化反应机制

发布时间：2020-11-10 13:31

　　 纳米Ag颗粒具有局域表面等离激元共振(LSPR)特性,能够诱导光催化反应,是一种常用的光催化材料。但纳米Ag的光生电子与空穴容易复合,降低了光催化性能。本文利用三种方法来提升纳米Ag颗粒膜的光催化性能,分别为氧化处理,与纳米Cu复合,与TiO_2复合。利用表面增强拉曼光谱研究纳米Ag颗粒膜氧化、与纳米Cu复合后的选择性光催化反应。围绕该主题,本文开展以下工作:一、利用等离子体辐照及氧气氛围退火对纳米Ag颗粒膜进行氧化处理,研究其对氨基苯硫酚(PATP)的选择性催化氧化性能。结果表明,纳米Ag颗粒膜经氧化处理后的催化性能有了显著提升,经等离子体辐照后产生了亲电子氧(O~-),而经氧气退火后产生了超氧离子(O_2~-)提高了选择性催化性能。二、将纳米Ag颗粒膜与纳米Cu颗粒膜复合,研究其对硝基苯硫酚(PNTP)的选择性催化还原性能。通过调整纳米银铜的蒸镀顺序,分别制备了纳米Ag/Cu及纳米Cu/Ag两种构型的复合薄膜。研究结果表明,纳米Ag/Cu复合薄膜的光催化性能较单层纳米Ag膜的光催化性能有了显著提升,而纳米Cu/Ag复合薄膜的光催化性能提升幅度较小。我们认为其催化机理与纳米Ag-Cu之间的相互作用导致的电荷转移有关。三、将纳米Ag颗粒膜与TiO_2薄膜复合,研究其对罗丹明6G(R6G)的催化性能。我们在xTiO_2-30sAgNPs构型及30sAgNPs-xTiO_2构型的基础上提出了100sTiO_2-30sAgNPs-xTiO_2“三明治”构型复合薄膜。研究结果表明,100sTiO_2-30sAgNPs-xTiO_2构型在顶层TiO_2厚度为2nm时,光催化降解值最大,此时载流子的循环效率达到最高。本研究对深入理解纳米Ag颗粒膜在选择性催化反应中的催化机理有重要的意义。同时,也为更进一步提高纳米Ag颗粒的催化性能提供了新的思路。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O657.37;X703;TB383.2
【部分图文】：

中时常需要使用 Cl2、H2等较为危险或有一定毒害作用的试剂。此外，反应底物的转化率、特定目标产物的产率及其选择性也往往有一定的限制。光催化有机反应作为催化领域的分支之一，可利用纳米 Ag 光生电子的还原和光生空穴的氧化将有机反应底物转化为具有更高附加值的产物，与传统的有机合成工艺相比具有操作简单、反应条件温和、能耗低、反应过程清洁安全等优点，因而具有广阔的应用前景和可观的研究价值。工业生产中，常见的催化反应如乙烯氧化制环氧乙烷，反应温度约 200℃，压力约 20MPa，参加反应的乙烯和氧气混合均匀后，与循环气一同进入固定床反应器中，在 Ag 催化剂的作用下，发生乙烯氧化反应，主反应生成目的标产物环氧乙烷，副反应中生成二氧化碳、水及少量的醛、酸类杂质。在乙烯分子结构中,含有性质非常活泼的碳碳双键。按乙烯的氧化程度，乙烯氧化过程可分为部分氧化和深度氧化两种情况。在一定催化氧化条件下，乙烯分子中碳碳双可以选择性氧化生成环氧乙烷，为了提高目标产物的产率，通常对催化剂进行适当的改进。如图 1.1 所述，提升光催化反应选择性的策略大致可分为对催化剂本身的修饰、改性和对反应体系实验条件的优化这三类。本文将选择合适的三种方式以提高纳米 Ag 颗粒膜的选择性催化反应性能。

第一章 绪论面等离激元共振（LSPR） 的含义光照射到尺寸小于光的波长的金属纳米颗粒表面时，ion Band，CB）上的自由电子相对于纳米颗粒来回振荡，使得荡的电磁场。如图 1.2 所示，当入射光的频率与金属纳米颗粒频率一致时发生共振，此时振荡的幅度最大，我们称这种现元共振[19]。

图 1.3 (a)纳米 Ag、Au、Cu 颗粒的消光谱[23](b)纳米 Ag 线、Ag 球、Ag 立方结构消光谱[24](c)Ag 立方结构随颗粒尺寸变化的消光谱[24]Fig 1.3 Extinction spectra of sub 100nm Ag, Au and Cu nanoparticles(a) Extinction spectraof Ag wire, cube and sphere nanoparticles(b) Extinction spectra of Ag cube can be tunedby changing size of nanoparticles(c)1.3 表面增强拉曼散射在认识了金属的等离激元共振效应后，通过对其 LSPR 性质的调控，金属纳米材料得到了更加广泛的应用。其中表面增强拉曼散射（Surface Enhanced RamanScattering，SERS）是目前较为前端的应用[25]。由于金属纳米结构的等离激元共振效应会产生特殊的光电效应，导致了金属纳米结构局域的电磁场得到显著增强[26]，使其表面吸附分子的常规拉曼散射强度增强了数十个量级，从而实现单分子检测[27]。1.3.1 拉曼散射的简介在自然界中，当一束光入射到介质表面时，会发生反射、透射或散射。在量
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本文编号：2877988