特定形貌钛酸锶材料的制备及其光催化性能研究

发布时间：2020-05-17 19:01

【摘要】：半导体光催化技术是一种反应条件温和的多功能绿色技术,在解决能源危机和环境问题等方面具有广泛的应用潜力。钙钛矿型钛酸锶(SrTiO_3)材料具有较大的非线性光学系数、所耗成本少、反应效率高、持久的光稳定性和化学稳定性等优点,是最好的N型半导体光催化剂之一。本论文主要围绕SrTiO_3可见光吸收能力差和光生电子-空穴复合率高这两个问题开展研究,合成了一系列具有特定形貌的SrTiO_3材料,有效提高了SrTiO_3材料的光催化性能。首先,利用一种简易的同形转化方法制备了一维SrTiO_3纳米管。以质子化的钛酸盐纳米管为前驱体和模板,在水热条件下合成SrTiO_3纳米管。该纳米管的管壁呈现出连续的多层结构,内外管径分别为8.0 nm和13.0 nm。通过对SrTiO_3纳米管形成机理的探究发现,SrTiO_3纳米管的形成包括Sr~(2+)取代钛酸盐纳米管中H~+和SrTiO_3纳米晶的原位生长两个过程。此外,我们还发现Sr~(2+)的浓度在SrTiO_3纳米管的形成过程中起到关键作用;最后,我们对制备的SrTiO_3纳米管进行光催化性能测试,结果表明:SrTiO_3纳米管具有较高的光催化还原Cr(Ⅵ)效率,在模拟太阳光下,6 h光催化还原Cr(Ⅵ)效率达到100%。其次,以乙二醇为封盖剂,通过简单的水热法制备出二维Cr掺杂SrTiO_3纳米片。该纳米片的平面长度大约是100 nm,厚度是20 nm;并且,该纳米片具有较高的比表面积。此外,我们考察了不同Cr掺杂量对SrTiO_3纳米片光催化性能的影响。研究表明,Cr掺杂可拓展SrTiO_3纳米片的光吸收范围至可见光区域,加强其对可见光的利用率;在所有的Cr掺杂SrTiO_3纳米片样品中,Cr掺杂量为0.9 wt.%的SrTiO_3纳米片表现出最高的光催化还原Cr(Ⅵ)效率,在可见光照射下,3.5 h可还原Cr(Ⅵ)效率达到92.0%。第三,通过新颖的方法制备出三维多孔的SrTiO_3微球。首先通过水热法得到类花状的钛酸盐前驱体,通过简单的煅烧前驱体得到三维多孔的SrTiO_3微球。该方法制备的微球,大小均匀,直径大约是5μm左右;微球的表面和内部都有很多蠕虫状的孔且SrTiO_3微球是由钛酸锶纳米晶组成。通过对制备的SrTiO_3微球进行光催化性能测试,结果表明:多孔SrTiO_3微球表现出较高的光催化还原Cr(Ⅵ)效率,在模拟太阳光下,4 h光催化还原Cr(Ⅵ)效率达到98.8%。本论文不仅为合成特定形貌的SrTiO_3材料提供了新思路,也为高催化活性、高稳定性的光催化材料的设计提供了借鉴。
【图文】：

前言年来，随着能源危机和环境问题日渐突出；化石燃料的日渐枯竭和气体引起的温室效应等问题引起全球的广泛关注[1]。2015 年的一份计评论报告指出，石油、天然气和煤炭仍然是全球的主要燃料。为些问题，我们必须寻找太阳能、风能、核能和地热能等可以有效替燃料的可再生能源[2]。根据英国石油公司 2016 年世界能源统计评源提供了全球约 6.7%的电力[2]。在所有可再生能源中，太阳能是最环保的能源。因此，利用半导体光催化技术将太阳能转化为化学能决未来能源危机和环境问题的最有价值的方法之一[2]。并且，前期也印证了半导体光催化技术在污水处理、自清洁、空气净化、光解氧化碳还原等方面都有潜在的应用前景这一事实。光催化原理

图 1-2（a）零维材料；（b）一维材料；（c）二维材料；（d）三维材料2 (a) Zero dimensional materials; (b) one dimensional materials; (c) two dimmaterials and (d) three dimensional materials.化反应过程中，催化剂的形貌、尺寸和结构是影响光催化性形貌的改变会导致光催化剂的粒子尺寸、比表面积和孔隙率等催化剂对光的利用率和光生载流子的分离效率[7-9]。纳米材料维材料、一维材料、二维材料和三维材料。材料（图 1-2a），如纳米颗粒；在光催化的前期研究中，主为主。但由于其在实际应用过程中，易团聚，不易回收利用，究相对较少。材料(图 1-2b)，如纳米纤维、纳米线和纳米棒等。由于其具传输距离和沿着轴向传递的方向，，从而抑制光生载流子的复合构引起了广泛关注。Jiang[10]等通过采用简易的低温水热法， TiO2纳米管光催化剂，该纳米管光催化剂表现出较好的热稳
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1

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本文编号：2669024