多金属氧化物纳米结构的制备及其光催化性能研究

发布时间：2017-10-18 11:17

  本文关键词：多金属氧化物纳米结构的制备及其光催化性能研究

  更多相关文章： WO_3 ZnFe_2O_4 纳米结构 纳米异质结构 光降解 光分解水产氢

【摘要】：当今社会,为了应对能源短缺与环境污染这两个人类社会所面临的重大问题,清洁和可再生能源技术的研究与应用迫在眉睫。在此背景下,太阳能和氢能作为绿色无污染的新能源受到了越来越多的关注。光催化在光降解污染物和光分解水产氢方面极具应用前景,但传统的TiO_2光催化剂禁带宽度(3.2 eV)太宽,只能吸收紫外光,使其应用受到了限制。WO_3和ZnFe2O4是典型的禁带宽度较窄的半导体材料,其相应的禁带宽度分别为2.5～3.0 eV和1.8～2.0 eV,但是其光催化性能较差。为了提高它们的光催化性能,本文分别制备及改性了WO_3和ZnFe2O4纳米结构,主要的研究内容如下：1.本文利用多金属离子吸附和碳球模板法制备了Fe掺杂WO_3纳米结构、ZnFe2O4纳米结构和ZnFe2O4/ZnO纳米异质结构,并探讨组成成分、纳米结构和异质结构分别对其光催化降解以及光催化分解水性能的影响。2.本文制备的Fe掺杂WO_3纳米结构空心球具有良好的结晶性能和较大的比表面积,且可以通过控制Fe元素的掺杂浓度来调控纳米结构的禁带宽度,进而增强其对可见光的吸收；DFT计算表明通过Fe掺杂形成的带间能级是改变禁带宽度的主要原因。研究了Fe的掺杂浓度对其光降解性能的影响,并探讨了Fe掺杂WO_3纳米结构光降解机理以及适当的Fe的掺杂浓度可以增强其光降解性能的原因。3.本文制备的ZnFe2O4纳米空心结构具有纳米量级的晶粒尺寸以及较大的比表面积,这可以显著地提高ZnFe2O4纳米结构的光分解水产氢效率。为了进一步提高ZnFe2O4纳米结构的光分解水性能,制备了具有相同空心球结构的ZnFe2O4/ZnO纳米异质结构。研究了组分比例和晶粒大小对其光催化分解水产氢性能的影响,探究了ZnFe2O4/ZnO纳米异质结构的光分解水机理,研究发现纳米异质结构可以显著地促进光生电子空穴对的分离,进而提高其光催化分解水产氢效率。
【关键词】：WO_3 ZnFe_2O_4 纳米结构 纳米异质结构 光降解 光分解水产氢
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 半导体光催化基础12-18
• 1.2.1 光催化降解基本原理12-13
• 1.2.2 光催化分解水基本原理13-16
• 1.2.3 光电化学分解水基本原理16-17
• 1.2.4 光分解水的性能评价17-18
• 1.3 光催化的研究进展18-26
• 1.3.1 禁带宽度工程18-21
• 1.3.2 纳米化工程21-23
• 1.3.3 表面工程23-24
• 1.3.4 界面工程一异质结24-26
• 1.4 WO_3和ZnFe_2O_4材料概述26-27
• 1.4.1 WO_3材料概述26
• 1.4.2 ZnFe_2O_4材料概述26-27
• 1.5 本文的选题依据和研究内容27-29
• 第二章 样品的制备、表征与光催化性能测试29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 实验仪器设备及试剂29-31
• 2.2.1 实验仪器设备29-30
• 2.2.2 实验化学试剂30-31
• 2.3 碳球模板及WO_3和ZnFe_2O_4纳米结构的制备方法31-32
• 2.3.1 制备胶体碳球的方法31
• 2.3.2 碳球模板法制备及WO_3和ZnFe_2O_4纳米空心球结构的机理31-32
• 2.3.3 制备WO_3和ZnFe_2O_4纳米结构的的实验过程32
• 2.4 样品的表征方法32-34
• 2.5 样品的光催化性能测试34-39
• 2.5.1 光降解性能测试34-36
• 2.5.2 光催化分解水产氢测试36-39
• 第三章 Fe掺杂WO_3纳米结构的制备及光降解性能研究39-57
• 3.1 引言39-40
• 3.2 Fe掺杂WO_3纳米结构的制备、表征及光降解性能测试40-41
• 3.2.1 Fe掺杂WO_3纳米结构的制备方法40-41
• 3.2.2 Fe掺杂WO_3纳米结构的表征手段41
• 3.2.3 Fe掺杂WO_3纳米结构光降解测试方法41
• 3.2.4 Fe掺杂WO_3纳米结构的密度泛函理论计算方法41
• 3.3 Fe掺杂WO_3纳米结构的物相表征与分析41-48
• 3.3.1 Fe掺杂WO_3纳米结构的形貌、成分和结构41-45
• 3.3.2 Fe掺杂WO_3纳米结构的微观结构、光学性质和比较面积45-48
• 3.4 Fe掺杂WO_3纳米结构的光催化性能评价与分析48-53
• 3.4.1 Fe掺杂WO_3纳米结构的光催化性能评价48-51
• 3.4.2 Fe掺杂WO_3纳米结构的光催化性能分析51-53
• 3.5 Fe掺杂WO_3纳米结构的密度泛函理论计算结果分析53-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 ZnFe_2O_4纳米结构及ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的制备及其光分解水制氢性能研究57-77
• 4.1 引言57-58
• 4.2 ZnFe_2O_4纳米结构及ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的制备、表征及光分解水制氢测试58-59
• 4.2.1 ZnFe_2O_4纳米结构及ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的制备方法58-59
• 4.2.2 ZnFe_2O_4纳米结构及ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的表征手段59
• 4.2.3 ZnFe_2O_4纳米结构及ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构光催化分解水制氢测试方法59
• 4.3 ZnFe_2O_4纳米结构的表征与光分解水制氢性能评价59-64
• 4.3.1 ZnFe_2O_4纳米结构的表征与分析59-62
• 4.3.2 ZnFe_2O_4纳米结构的光催化分解水产氢性能评价与分析62-64
• 4.4 ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的表征与光分解水制氢性能评价64-75
• 4.4.1 ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的表征与分析64-69
• 4.4.2 ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的的光分解水产氢性能评价69-72
• 4.4.3 ZnFe_2O_4/ZnO纳米异质结构的的光分解水产氢性能机理72-75
• 4.5 本章小结75-77
• 第五章 结论与展望77-79
• 参考文献79-97
• 致谢97-99
• 个人简历99-101
• 攻读硕士期间发表的学术论文与取得的其它研究成果101-102

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