三元金属化合物催化剂的制备及光催化性能研究

发布时间：2017-10-20 16:01

  本文关键词：三元金属化合物催化剂的制备及光催化性能研究

  更多相关文章： CaIn_2S_4 CuWO_4 g-C_3N_4 复合光催化剂 有机染料降解

【摘要】：随着人类社会的快速发展,能源危机和环境污染这两个问题日益突出,不可再生能源储量日益锐减,寻求有效利用可再生能源的方法显得愈发迫切,近几十年,光催化剂受到人们的广泛关注和研究,光催化剂能有效光解水,得到清洁环保的氢气,同时光催化剂能有效降解污水中的有机大分子,能有效解决环境污染中的水污染问题。本论文以Ca In2S4和CuWO_4两种催化剂为主体,对它们的制备、改性方法以及光催化降解有机染料的应用性能进行了探究。一方面重点考察了不同表面活性剂加入量对Ca In2S4光催化剂控制合成的结构性能影响,另一方面制备出了g-C_3N_4/Ca In2S4、g-C_3N_4/CuWO_4两种复合光催化剂;采用一系列分析手段对光催化剂的晶体结构、形貌、化学组成、光学吸收性能、比表面积进行了表征。同时通过光催化降解有机染料溶液测试表征了光催化剂的光催化活性,结果发现改性后的光催化剂的光催化活性均有一定程度的提升。主要的研究内容如下:(1)以Ca(NO3)2·4H2O,In(NO3)3·4.5H2O和CH3CSNH2为原料,通过水热法合成Ca In2S4光催化剂,并且通过分别加入不同含量的表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮PVP,十六烷基三甲基溴化铵CTAB对Ca In2S4进行控制合成。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)和BET比表面积测试(BET)对样品的晶体结构、形貌和光学性质进行了表征。根据实验结果分析可得,通过水热法合成的样品的纯度较高,加入一定量的表面活性剂能有效对Ca In2S4进行控制合成,改变其形貌,结构与光学性质。在可见光光照下,用制备的样品对罗丹明B(Rh B)溶液进行降解。(2)采用水热合成法制备了g-C_3N_4/Ca In2S4复合光催化剂,利用XRD、SEM、透射电子显微镜(TEM)、傅立叶变换红外(FT-IR)、UV-Vis、BET等表征方式表征了样品的晶体结构、形态和光学性质。XRD结果表明通过水热合成法成功制得g-C_3N_4/Ca In2S4样品,并且g-C_3N_4的加入不会改变Ca In2S4晶型;观察SEM、TEM图片g-C_3N_4与Ca In2S4成功复合形成复合光催化剂;UV-Vis谱图说明了g-C_3N_4的加入可以略微降低Ca In2S4对可见光的吸收能力;催化降解Rh B结果表明g-C_3N_4/Ca In2S4复合光催化剂具有更强的催化性能,同时探讨了g-C_3N_4/Ca In2S4复合光催化剂样品高光催化活性的机理。(3)使用沉降法制备CuWO_4光催化剂前驱体,并在700℃下进行煅烧,得到CuWO_4样品,接着选取了g-C_3N_4作为复合的材料,使用化学吸附法制备g-C_3N_4/CuWO_4复合光催化剂,分别制备1 wt%g-C_3N_4/CuWO_4,3 wt%g-C_3N_4/CuWO_4,5 wt%g-C_3N_4/CuWO_4,7 wt%g-C_3N_4/CuWO_4,10 wt%g-C_3N_4/CuWO_4,最后对得到的样品进行XRD晶像、SEM形貌、UV-Vis图谱、红外光谱分析和光催化降解MB活性测试,最后确定了7 wt%是g-C_3N_4的最佳复合量,该条件下制备的g-C_3N_4/CuWO_4光催化性能最佳。
【关键词】：CaIn_2S_4 CuWO_4 g-C_3N_4 复合光催化剂 有机染料降解
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 光催化剂概述13-15
• 1.1.1 光催化反应的基本原理13-14
• 1.1.2 影响光催化剂活性的主要原因14-15
• 1.2 光催化剂的制备方法15-18
• 1.2.1 固相法15-16
• 1.2.2 水热法/溶剂热法16
• 1.2.3 沉淀法16-17
• 1.2.4 溶胶-凝胶法17
• 1.2.5 微波合成法17-18
• 1.3 光催化剂改性的常用方法18-21
• 1.3.1 加入表面活性剂控制合成18-19
• 1.3.2 贵金属沉积19
• 1.3.3 离子掺杂19-20
• 1.3.4 半导体复合20-21
• 1.4 三元金属光催化剂的研究现状21-24
• 1.4.1 硫化物型光催化剂21-24
• 1.4.2 钨酸盐型光催化剂24
• 1.5 本文的研究目的、意义和内容24-26
• 1.5.1 论文的研究目的和意义24-25
• 1.5.2 论文的研究内容25-26
• 第二章 表面活性剂对CaIn_2S_4合成及其光催化性能的影响26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-29
• 2.2.1 主要试剂26-27
• 2.2.2 加入表面活性剂对CaIn_2S_4的控制合成27-28
• 2.2.3 CaIn_2S_4样品的测试与表征28
• 2.2.4 光催化活性测试28-29
• 2.3 结果与讨论29-35
• 2.3.1 XRD分析29-30
• 2.3.2 SEM分析30-31
• 2.3.3 BET分析31-33
• 2.3.4 UV-vis分析33-34
• 2.3.5 光催化降解RhB活性测试34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章g-C_3N_4/CaIn_2S_4复合光催化剂的制备及光催化性能36-50
• 3.1 引言36-37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 主要试剂37
• 3.2.2 g-C_3N_4/CaIn_2S_4样品的制备37-38
• 3.2.3 g-C_3N_4/CaIn_2S_4样品的测试与表征38-39
• 3.2.4 光催化活性测试39
• 3.3 结果与讨论39-49
• 3.3.1 XRD分析39-40
• 3.3.2 SEM分析40-41
• 3.3.3 TEM分析41-42
• 3.3.4 红外分析42-43
• 3.3.5 BET分析43-44
• 3.3.6 UV-vis分析44-45
• 3.3.7 光催化降解RhB活性测试45-46
• 3.3.8 光催化剂循环性能测试46-48
• 3.3.9 g-C_3N_4/CaIn_2S_4复合光催化剂提高催化活性机理分析48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章g-C_3N_4/CuWO_4复合光催化剂的制备及光催化性能50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 实验部分50-53
• 4.2.1 主要试剂50-51
• 4.2.2 g-C_3N_4/CuWO_4样品的制备51-52
• 4.2.3 g-C_3N_4/CuWO_4样品的测试与表征52
• 4.2.4 光催化活性测试52-53
• 4.3 结果与讨论53-59
• 4.3.1 XRD分析53-54
• 4.3.2 SEM分析54-55
• 4.3.3 FT-IR分析55-56
• 4.3.4 UV-vis分析56-57
• 4.3.5 光催化降解MB活性测试57
• 4.3.6 g-C_3N_4/CuWO_4复合光催化剂提高催化活性机理分析57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论与展望60-62
• 结论60-61
• 展望61-62
• 参考文献62-71
• 攻读硕士期间取得的研究成果71-72
• 致谢72-73
• 附件73

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