基于MOFs复合型催化剂的制备及其光催化性能研究

发布时间：2021-02-15 23:03

　　利用可见光催化降解环境有机污染物是解决未来能源和环境问题的一种有效的方法,这方面的研究受到了研究者们广泛地关注。到目前为止,人们已经设计了许许多多的半导体光催化剂用于这一领域,但是它们中的大多数光催化活性都不够理想,其中的一个主要原因就是光生载流子的迁移速率和分离效率不高,导致催化剂应用范围有限。近年来,MOFs材料以其独特的性质越来越受到研究者们的重视。在此基础上,以具有各种形态和结构的MOFs材料为模板,设计和制备形貌可调的多孔衍生材料（如纳米多孔金属氧化物、金属硫化物）,成为了制备新型光催化剂的一种非常有效的方法。这是因为,以MOFs材料为模板得到的MOFs衍生物,不仅能保留原有MOFs的结构特性,还能克服原有MOFs材料光生载流子分离效率不高、可见光响应不好等缺点。基于此,在本论文中,我们采用稀土元素掺杂、构建有效异质结、二维MOFs直接硫化等手段,设计和合成了三种新型的MOFs衍生物光催化剂,并将其应用于有机染料、四环素、苯酚等的可见光催化降解中,并探讨了可能的反应机理。具体研究内容如下:1.首次利用一步水热法和热处理工艺,将稀土元素Ce掺杂到MIL-88A（Fe）中,再以C... 

【文章来源】： 牛力同 西北师范大学

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

半导体材料的带隙示意图

第1章绪论31.2列出了目前最广泛应用于光催化领域的一些半导体材料的Eg。根据公式E=hv=hc/可知，当半导体的Eg越大时，此时材料能吸收的光的波长越短、频率越高，就太阳光谱区域而言，材料对可见光的吸收越不理想。此外，任何一个半导体材料应用到光催化领域时，还必须具备一些特性，例如：光生载流子激发态寿命长、电荷分离态产率高、电荷迁移率好、易于回收和分离等，这些特性将会直接影响半导体材料的光催化性能。图1.1半导体材料的带隙示意图Fig.1.1bandgapSchematicdiagramofsemiconductormaterials图1.2常见半导体材料的禁带宽度图Fig.1.2Bandgap(Eg)ofseveralcommonsemiconductormaterials1.2.2半导体光催化机理半导体的光催化机理遵循了固体能带理论，当半导体吸收一定波长的光后，光生电子(e-)被激发，它能够从价带跃迁到导带位置，从而在价带上留下了具有氧

第1章绪论4化性的空穴(h+)，而在导带位置留下了具有还原性的电子，在整个过程中构成了一个完整的氧化还原耦合体系(图1.3)[34]。在半导体光催化反应过程中，主要有三个步骤：第一是半导体材料吸收太阳光产生电子，第二是光生电子和空穴在本体内和半导体催化剂的表面的复合，第三是光生电子与空穴的分离和迁移，在半导体材料催化剂表面发生催化转换。在上述的三个步骤中，光生电子与空穴的复合不利于光催化反应的发生[35]。图1.3半导体光催化反应机理Fig.1.3Photocatalyticreactionmechanismofsemiconductor1.2.3半导体材料改性策略针对上述半导体材料存在的光生载流子复合的缺陷，研究工作者提出了一系列半导体材料改性的方法，主要有贵金属沉积、离子掺杂、构建有效异质结、形貌的调控等[36-39]。1.2.3.1贵金属沉积贵金属沉积是修饰半导体材料的传统方法，主要是通过还原剂的还原或者光还原等方法将Ag、Pt、Pd、Au、Ru等贵金属沉积在半导体材料上[40-44]。贵金属沉积除了充当“电子陷阱”，能够快速的传递电子，促进光生电子与空穴的分离外，由于贵金属表面等离子体共振吸收效应，还能够拓宽半导体对可见光的响应范围。1.2.3.2离子掺杂离子掺杂是半导体材料改性的一个重要手段，主要是将一些杂质离子引入到

【参考文献】：
期刊论文
[1]光催化降解技术在污水处理中的应用[J]. 龚渝涵.  当代化工研究. 2019(01)
[2]MOFs光催化材料的设计和调控（英文）[J]. 沈丽娟,梁若雯,吴棱.  催化学报. 2015(12)



本文编号：3035689