过渡金属纳米硫化物的制备及其光学和催化性能研究

发布时间：2020-06-09 12:35

【摘要】：过渡金属硫化物是具有可见光响应的潜在光催化材料。过渡金属硫化物的价带通常由3p轨道组成,与过渡金属氧化物相比,其价带更负且带隙更窄。本论文主要研究了MoS_2二维材料的控制合成及其在光催化助催化剂中的应用,主要研究内容如下:(1)通过两步水热法,制备了MoS_2/SrZrO_3异质结纳米光催化剂。在SrZrO_3表面加入0.05 wt%MoS_2,在紫外光照射下,产氢速率最高可达5.31 mmol h~(-1),同时也研究了H_2转化过程的机理。结果表明,MoS_2的负载量在光催化活性中起着重要作用,光催化剂中电子富集的作用与异质结能带相匹配,抑制了光生电子和空穴的复合,从而增强了其产生H_2的能力。(2)将简单两步水热法合成的MoS_2/SrTiO_3纳米复合材料,用于紫外光照射下有机染料甲基橙的光降解。在60 min内,MoS_2/SrTiO_3复合光催化剂(含量为99.95 wt%SrTiO_3和0.05 wt%MoS_2)光催化降解率为99.81%,显著高于纯SrTiO_3。此外,MoS_2的适当负载对于优化MoS_2/SrTiO_3复合材料的光催化性能至关重要。这是由于过量负载的MoS_2屏蔽了活性位点,也降低了紫外光的利用率。(3)通过两步水热法制备了Bi_2WO_6/SrTiO_3复合材料,并通过XRD、TEM、SEM、XPS、DRS、BET和PL等方法对催化剂进行了晶体结构和物理性能分析。SrTiO_3和Bi_2WO_6之间的异质结构,在提高光催化降解罗丹明B(RhB)效率方面起着重要的作用,8 wt%SrTiO_3/Bi_2WO_6的光催化降解效率最佳(D=98.4%和k=0.0463 min~(-1))。(4)通过沉积-沉淀法制备了新型AgI/Bi_2MoO_6纳米异质结构,并且进一步研究了其在可见光下降解RhB的光催化活性和稳定性。结果表明,单一的Bi_2MoO_6或AgI对光催化降解RhB显示出较差的活性,但纳米异质结构具有优异的性能。AgI/Bi_2MoO_6复合材料的最佳比例为含有20 wt%AgI的催化剂,表现出了最高的光催化降解率,可见光照射下,RhB在75 min内被完全降解。此外,复合光催化剂在几个循环实验中也表现出很好的稳定性。通过分析能带结构和光催化活性物种,探索了AgI/Bi_2MoO_6复合材料增强光催化活性的一个可能机制。
【图文】：

示意图,光催化原理,示意图

图 1.1 光催化原理示意图Figure 1.1 Schematic illustration of photocatalytic principle受光激发产生的电子和空穴一部分在催化剂内部或表面相遇发生复合迁移到催化剂表面参与氧化还原反应。迁移到表面的电子，依据导带所，可还原 H2O，金属离子和氧气等，与氧气反应则产生超氧自由基（·步生成羟基自由基（·OH-），从而氧化降解有机污染物；与水反应则可氢气，达到产氢的目的。而空穴可直接氧化吸附在催化剂表面的污染化水或羟基生成羟基自由基，最终将有机污染物氧化。以罗丹明 B 为化过程也可用以下方程表示：PS + hv → e-+ h+(1)e-+ O2→ ·O2-→ ·OH-(2)h++ OH-→ ·OH-(3)

光反应,速率对,催化剂浓度,依赖性

图 1.2 光反应速率对催化剂浓度的依赖性re 1.2 Relationship between Photocatalyst concentration and Photoreactio体光催化剂的缺陷与不足光催化剂经过几十年的发展已取得一些成效，，但其缺陷和不足包括以下问题：催化剂禁带过宽。大多数光催化剂的禁带宽度都在 3.0eV 以上在紫外光下有响应，而入射到地球表面的太阳光中，紫外光只分的太阳光不能得到有效利用。量子效率过低。半导体内部的光生电荷迁移和复合极大地影响荷复合导致催化剂的失活，而电荷迁移则是一个活化过程，高
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;O644.1

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