M 0.5 Zn 0.5 Fe 2 O 4 （M=Mg,Mn）/TiO 2 纳米管的制备、表征及其光电催化性能研究
发布时间：2021-08-30 00:38
光催化技术可以利用太阳光、激发产生氧化能力强的自由基、反应条件温和及无二次污染等优点,因此被认为是环境污染控制的高效方法。Ti02纳米管具有制备工艺简单、良好的电荷传递性能以及成本低廉和易回收等特点而在光催化领域受到广泛关注,但Ti02纳米管本身两大缺陷（仅能响应太阳光谱中4.5%的紫外光；激发产生的电子空穴对易复合）限制了其在污染控制领域的进一步应用。因此,寻找新型高效的窄带半导体对Ti02纳米管进行改性及提高光助催化性能成为近期环境科学领域的研究热点。尖晶石型铁酸盐由于良好的电磁性能及合适的禁带宽度而被认为是一种很好的选择。利用尖晶石晶体内部固有的铁磁性异质结可以实现光生电子空穴的表面-界面迁移分离,从而大幅提高复合催化剂的光助催化性能。本论文采用尖晶石型铁酸盐对Ti02纳米管进行改性,并对复合材料的光化学性质以及光催化性能进行细致考察,得出如下主要研究结果：（1）采用电化学阳极氧化法联合超声辅助电沉积法成功制备了CuFe2O4/TiO2复合电极。物理化学表征结果证实：CuFe2O4纳米颗粒均匀负载在纳米管管口,进而可以形成多重异质结。光电化学性能测试和光学表征证明了CuFe2O4...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?Ｔｉ０６八面体能带结构图（黑色为理想状态的八面体，蓝色为锐钛矿相，红色为金红石）［〗５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ＴｉＯｓ?ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?ｉｎ?ｉｄｅａｌ?ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?（ｂｌａｃｋ），?ａｎａｔａｓｅ??（ｂｌｕｅ），?ａｎｄ?ｒｕｔｉｌｅ?（ｒｅｄ）［ｉ５］??
?ｈ?帐??ａｎａｔａｓｅ?ｒｕｔｉｌｅ??图１．２?Ｔｉ０６八面体能带结构图（黑色为理想状态的八面体，蓝色为锐钛矿相，红色为金红石）［〗５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ＴｉＯｓ?ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?ｉｎ?ｉｄｅａｌ?ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?（ｂｌａｃｋ），?ａｎａｔａｓｅ??（ｂｌｕｅ），?ａｎｄ?ｒｕｔｉｌｅ?（ｒｅｄ）［ｉ５］??１．１．３?Ｔｉ０２光催化机理??Ｔｉ０２的光催化活性与晶体结构、表面区域、暴露的晶面、不协调的表面位能以及晶??格缺陷等有关。Ｔｉ０２的形貌调控可以通过以上要素来改变它的性能。此外，构建Ｔｉ０２??复合结构可以调整一些特性比如形成中度禁带电子位点，来改变电荷迁移路径或者使复??合结构的吸收光谱红移。Ｔｉ０２与其他材料的异质结的构建通过被复合的窄带隙材料促使??Ｔｉ０２产生的电荷分离，从而对可见光响应。具有较好的光催化性能的是锐铁矿和金红石，??它们的禁带宽度分别为３．２和３．０?ｅＶ。尽管金红石的禁带宽度稍微窄，锐钛矿禁带宽度??具有较高的还原位能以及较慢的电子空穴复合速率而被认为具有更好的光催化活性［１７，??１８］。然而３．２?ｅＶ禁带致使它只能吸收波长小于等于３８７?ｎｍ紫外区域光
这种染料敏化的Ｔｉ０２己经成功应用于水体污染物降解过程中，电子从染料分??子表面进一步迀移到催化剂表面的可被还原的物种表面［５９，６０］。染料敏化Ｔｉ０２的机理详??见下图１．５所示，最初的光化学过程是Ｔｉ０２表面预先吸附的染料分子的ＨＯＭＯ和ＬＵＭＯ??被光激发，染料分子上产生的光生电子迁移到ＴｉＣｂ的导带上。当遇见合适的电子供体，??氧化态的染料随即还原再生。正如图中所示的这个过程中涉及到多种电子传递路径，概??括为以下五步：１、敏化剂的激发；２、电子从敏化剂传递到Ｔｉ０２导带；３、电荷复合；４、??电子传递到受体上；５、敏化剂遇到电子供体还原再生。染料的光化学性质和染料与Ｔｉ０２??表面的电子传递对获取高的光电转化效率至关重要。各种醇类、有机酸、ＥＤＴＡ和ＴＥＯＡ??被用来作为电子供体牺牲者，但是最理想的电子供体是Ｈ２Ｏ，特别是当被敏化的Ｔｉ０２??被用作水处理催化剂。水分子当作电子供体时还原处于氧化态的釘与联批卩定混合物??（￡°（０２他０）＝?１．２３ＶＮＨＥＶｓ．ＥＧ（ＲｕｍＬ３／ＲｕｉｉＬ３）＝?ＵＩＶＭＫ），但是这个效率不太高６Ｉ］。除??此之外，由于Ｔｉ０２表面的染料分子的附着固定是电子传递的先决条件，关于染料敏化??过程中固定函数组的种类和数量也被研究［６２］。许多种染料都被来用作Ｔｉ０２的敏化，包??括钌联Ｐ比卩定衍生物叶啉类化合物有机染料腐殖酸［６７］等。??Ｖ?ｔｈｉｎ?ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ?ｌａｙｅｒ??＾?＾?（ＡＩ２Ｏ３，?Ｓｉ０２，…ｉｆ?ｐｒｅｓｅｎｔ）??图１．５可见光下染料敏化Ｔ
【参考文献】：
博士论文
[1]尖晶石型铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能研究[D]. 颜爱国.中南大学 2008
[2]掺杂稀土尖晶石型铁氧体纳米晶的结构和磁性能的研究[D]. 赵丽君.吉林大学 2006
硕士论文
[1]尖晶石型ZnFe2O4制备及光催化性能研究[D]. 李平.哈尔滨理工大学 2013
[2]含对硝基苯酚废水的催化超临界水氧化研究[D]. 陆先林.天津大学 2007
本文编号：3371699
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?Ｔｉ０６八面体能带结构图（黑色为理想状态的八面体，蓝色为锐钛矿相，红色为金红石）［〗５］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌｅｖｅｌｓ?ｏｆ?ＴｉＯｓ?ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?ｉｎ?ｉｄｅａｌ?ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ?（ｂｌａｃｋ），?ａｎａｔａｓｅ??（ｂｌｕｅ），?ａｎｄ?ｒｕｔｉｌｅ?（ｒｅｄ）［ｉ５］??
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这种染料敏化的Ｔｉ０２己经成功应用于水体污染物降解过程中，电子从染料分??子表面进一步迀移到催化剂表面的可被还原的物种表面［５９，６０］。染料敏化Ｔｉ０２的机理详??见下图１．５所示，最初的光化学过程是Ｔｉ０２表面预先吸附的染料分子的ＨＯＭＯ和ＬＵＭＯ??被光激发，染料分子上产生的光生电子迁移到ＴｉＣｂ的导带上。当遇见合适的电子供体，??氧化态的染料随即还原再生。正如图中所示的这个过程中涉及到多种电子传递路径，概??括为以下五步：１、敏化剂的激发；２、电子从敏化剂传递到Ｔｉ０２导带；３、电荷复合；４、??电子传递到受体上；５、敏化剂遇到电子供体还原再生。染料的光化学性质和染料与Ｔｉ０２??表面的电子传递对获取高的光电转化效率至关重要。各种醇类、有机酸、ＥＤＴＡ和ＴＥＯＡ??被用来作为电子供体牺牲者，但是最理想的电子供体是Ｈ２Ｏ，特别是当被敏化的Ｔｉ０２??被用作水处理催化剂。水分子当作电子供体时还原处于氧化态的釘与联批卩定混合物??（￡°（０２他０）＝?１．２３ＶＮＨＥＶｓ．ＥＧ（ＲｕｍＬ３／ＲｕｉｉＬ３）＝?ＵＩＶＭＫ），但是这个效率不太高６Ｉ］。除??此之外，由于Ｔｉ０２表面的染料分子的附着固定是电子传递的先决条件，关于染料敏化??过程中固定函数组的种类和数量也被研究［６２］。许多种染料都被来用作Ｔｉ０２的敏化，包??括钌联Ｐ比卩定衍生物叶啉类化合物有机染料腐殖酸［６７］等。??Ｖ?ｔｈｉｎ?ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ?ｌａｙｅｒ??＾?＾?（ＡＩ２Ｏ３，?Ｓｉ０２，…ｉｆ?ｐｒｅｓｅｎｔ）??图１．５可见光下染料敏化Ｔ
【参考文献】：
博士论文
[1]尖晶石型铁氧体纳米晶的控制合成、结构和性能研究[D]. 颜爱国.中南大学 2008
[2]掺杂稀土尖晶石型铁氧体纳米晶的结构和磁性能的研究[D]. 赵丽君.吉林大学 2006
硕士论文
[1]尖晶石型ZnFe2O4制备及光催化性能研究[D]. 李平.哈尔滨理工大学 2013
[2]含对硝基苯酚废水的催化超临界水氧化研究[D]. 陆先林.天津大学 2007
本文编号：3371699
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