ZnIn_2S_4光催化剂的制备、改性及其催化性能研究

发布时间：2017-03-30 14:26

  本文关键词：ZnIn_2S_4光催化剂的制备、改性及其催化性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：能源危机和环境污染如今已成为人类面临的全球性问题，构建清洁的、环境友好的、非化石燃料的可再生新能源体系，已经成为世界各国高度关注的焦点和重大战略。太阳能由于其取之不尽、洁净无污染、可再生等优点，，必将在未来的新能源开发中起着举足轻重的地位。半导体光催化剂可以利用光能分解水制氢，也能降解废水中的有机污染物，是一种绿色环保技术。本文选用具有开发前景的光催化材料ZnIn2S4作为光催化剂，并对它进行改性和催化性能研究，旨在提高其催化活性，主要的研究内容如下： （1）采用水热法合成的ZnIn2S4作为前驱体，以尿素为氮源，制备了一系列不同N掺杂量的N-ZnIn2S4光催化剂。利用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X射线光电子能谱（XPS）分析技术对样品进行表征。考察了N的掺杂量对催化剂晶体结构和在可见光条件下催化降解亚甲基蓝（MB）性能的影响。结果表明：N的掺入能够影响催化剂的晶体结构和形貌，提高催化剂在可见光范围内的吸收强度。N-ZnIn2S4降解MB的活性比ZnIn2S4明显提高，并且具有良好的催化稳定性。同时分析了N掺杂ZnIn2S4光催化活性提高的机理。 （2）在无模板剂、无有机溶剂和无表面活性剂条件下制备了核-壳型TiO2@ZnIn2S4复合光催化剂，采用XRD、TEM和UV-Vis手段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TiO2@ZnIn2S4样品，并且TiO2的加入不会改变ZnIn2S4晶型；观察TEM图片证明TiO2@ZnIn2S4复合光催化剂样品具有良好的核-壳型结构；UV-Vis谱图说明了TiO2的加入可以略微降低ZnIn2S4对可见光的吸收能力。催化降解MB结果表明核-壳型TiO2@ZnIn2S4复合光催化剂具有更强的催化性能，在光照反应4h后，MB的降解率达91%。这是因为ZnIn2S4和TiO2均匀而紧密接触，两者之间形成特殊的核-壳结构，有助于发挥双组份的协同效应，促进光生电子-空穴对分离，从而提高体系的光催化活性。 （3）以自制的ZnIn2S4作为前驱体，Cu(NO3)2溶液为浸渍液，采用浸渍-焙烧法制备了CuO/ZnIn2S4复合光催化剂，采用XRD、SEM、BET和UV-Vis等手段表征了CuO含量对ZnIn2S4晶体结构、形态和光学性质的影响，通过降解MB实验考察了CuO的加入对样品催化性能的影响。XRD结果证明成功制得CuO/ZnIn2S4样品，SEM图片和BET测试结果分别表明CuO的加入会影响其形貌和比表面积大小，UV-Vis谱图说明了CuO可以提高ZnIn2S4对可见光的吸收能力。催化降解MB实验结果表明，CuO/ZnIn2S4复合光催化剂的催化活性显著提高，当CuO的含量为10mol%时，MB的降解率最大可达97%。同时分析了关于ZnIn2S4光催化活性提高的机理。
【关键词】：ZnIn2S4 可见光 光催化 改性 降解MB
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-27
• 1.1 半导体光催化剂概述12-15
• 1.1.1 光催化研究背景12-13
• 1.1.2 光催化反应的基本原理13-14
• 1.1.3 影响光催化反应活性的因素14-15
• 1.2 光催化剂的研究现状15-22
• 1.2.1 氧化物型光催化剂15-16
• 1.2.2 硫化物型光催化剂16-21
• 1.2.3 新型半导体光催化剂21-22
• 1.3 光催化剂改性的常用方法22-26
• 1.3.1 贵金属沉积22
• 1.3.2 离子掺杂22-23
• 1.3.3 半导体复合23-25
• 1.3.4 固熔体技术改性25-26
• 1.4 本论文的研究目的、意义和内容26-27
• 1.4.1 论文的研究目的和意义26
• 1.4.2 论文的研究内容26-27
• 第二章 N 掺杂 ZnIn_2S_4光催化剂的制备及其催化性能27-38
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.2.1 主要试剂28
• 2.2.2 ZnIn_2S_4光催化剂的制备28-29
• 2.2.3 N-ZnIn_2S_4光催化剂的制备29
• 2.2.4 N-ZnIn_2S_4光催化剂的表征29
• 2.2.5 N-ZnIn_2S_4光催化剂活性评价29-30
• 2.3 结果与讨论30-37
• 2.3.1 XRD 晶相分析30-31
• 2.3.2 SEM 形貌分析31-32
• 2.3.3 UV-Vis 谱图分析32-33
• 2.3.4 XPS 谱图分析33-34
• 2.3.5 N-ZnIn_2S_4光催化分解染料性能34-36
• 2.3.6 N 掺杂提高 ZnIn_2S_4光催化活性机理36-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 核-壳型 TiO_2@ZnIn_2S_4光催化剂的制备及其催化性能38-47
• 3.1 引言38-39
• 3.2 实验部分39-41
• 3.2.1 主要试剂39
• 3.2.2 核-壳型 TiO_2@ZnIn_2S_4光催化剂的制备39-40
• 3.2.3 TiO_2@ZnIn_2S_4光催化剂的表征40
• 3.2.4 光催化反应测试40-41
• 3.3 结果与讨论41-45
• 3.3.1 XRD 晶相分析41-42
• 3.3.2 UV-Vis 图谱分析42-43
• 3.3.3 TEM 微结构分析43-44
• 3.3.4 光催化降解 MB 活性测试44-45
• 3.3.5 TiO_2@ZnIn_2S_4复合光催化剂提高催化活性机理分析45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 CuO 负载 ZnIn_2S_4光催化剂的制备及其催化性能47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 实验部分47-49
• 4.2.1 主要试剂47-48
• 4.2.2 CuO/ZnIn_2S_4光催化剂的制备48
• 4.2.3 CuO/ZnIn_2S_4光催化剂的表征48
• 4.2.4 光催化反应活性评价48-49
• 4.3 结果与讨论49-55
• 4.3.1 XRD 晶相分析49-50
• 4.3.2 SEM 形貌分析50-51
• 4.3.3 UV-Vis 图谱分析51-52
• 4.3.4 BET 比表面积分析52-53
• 4.3.5 CuO/ZnIn_2S_4光催化降解 MB 测试53-54
• 4.3.6 机理分析54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 结论与展望56-58
• 结论56-57
• 展望57-58
• 参考文献58-67
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果67-68
• 致谢68-69
• 答辩委员会对论文的评定意见69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：277366