碳点与二氧化钛材料的改性及应用研究
发布时间：2021-04-11 10:46
能源短缺和环境污染是全世界范围都无法逃避的严峻现实问题,随着对新材料领域的日益深入研究,半导体光催化剂具有应用于光电转化和光催化降解领域的潜在应用价值。针对光催化剂的研究核心在于开发稳定、高效且廉价的光催化剂,而在众多光催化剂中,二氧化钛有合适的带隙宽度,并且性质稳定,廉价易制得,得到专家学者们的关注和深入研究。因此,本论文主要针对二氧化钛,研究掺杂改性和开发新结构对其光催化活性的影响,以下为本论文的具体研究内容:首先,利用水热合成和溶剂热合成法制备了具有不同元素组成的碳点。电子显微镜下的碳点直径在5～15 nm之间,分散状况良好,几乎没有团聚现象;高倍率透射电子显微镜下可以观测到碳点具有明显的（101）面晶格条纹;X电子能谱分析得到氮掺杂碳点中只包含氮、碳、氧元素,并且氮原子主要以吡啶氮的形式取代碳原子并插入碳环之中;紫外可见光光谱分析和荧光光谱分析结果表明,几种碳点中,氮掺杂碳点在紫外光区有强光吸收,并且荧光发射稳定,不受激发波长影响。从碳点优秀的荧光性能以及紫外吸收性能可以推断,碳点具有用于光催化和光电转化领域的潜质。将碳点与聚乙烯吡咯烷酮均匀混合作为纺丝前驱体溶液进行静电纺丝,...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２导体、半导体和绝缘体三种材料不同的能带结构??
?第一章绪论???导体?半导体?绝缘体??导带?????米?Ｉ?＇?电子跃ａ厂???能?ｔ?一?一?１?－一??图１－２导体、半导体和绝缘体三种材料不同的能带结构??Ｆｉｇ．?１－２?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｅｎｅｒｇｙ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｆｏｒ?ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ａｎｄ?ｉｎｓｕｌａｔｏｒｓ??半导体光催化过程也是半导体中载流子的迁移过程，目前常被研究的的ｎ型半导??体光催化剂多为二氧化钛、氧化锌等金属氧化物，其中对Ｔｉ０２的研宄最为深入，以??Ｔｉ０２催化降解有机污染物为例，它进行光催化的过程主要可以分为三个阶段：（１）电??子跃迁。在光照条件下，半导体中价电子吸收到大于其带隙值的光能，受激发跃迁跳??过禁带，抵达导带并在价带原先的位置形成空穴［５］。??Ｔｉ０２?＋?ｈｖ?Ｔｉ０２（ｅ－?＋?ｈ＋）??（１－１）??—＾???＼?／?［?Ｒｅｃｏｍｂ？？ａ？ｗ？?／?ｌ??Ａ＊Ｎ＼ｉ?＾?Ｊ?＾??图１－３光催化过程中光生电子与空穴的迁移路径Ｍ。??Ｆｉｇ．１－３?Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ?ｐａｔｈ?ｏｆ?ｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ?ａｎｄ?ｈｏｌｅｓ?ｄｕｒｉｎｇ?ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ??（２）原位复合。电子－空穴对的一部分可能会在半导体内部直接进行原位复合，??而少数部分载流子通过扩散作用迁移到半导体表面，进行第三阶段的反应。如何能降??低电子－空穴对的原位复合是光催化性能研究中至关重要的研究内容。??Ｔｉ０２（ｅ—）?＋?Ｔｉ０２（ｈ＋）?—?Ｔｉ０２??（１－２）??（３）氧化还原反应。光生载流
空穴对重组率较高，这些因素都严重限制了二氧化钛的光催化效率，针对这些缺陷对??二氧化钛进行改性研究也成为了近年来的研宄热点之一。??ＳＩＣ??？?ＺｎＳ??４Ｊ－?宁?，＿??＞?＃Ｊ?樂？Ｓ－Ｏｉ?兰?Ｍ?飄??是???「…?＇?（Ｅ＝０Ｖ）??Ｓ?ＳＪ?３Ｕ！?Ｓ４Ｉ?Ｗ??Ｃｕ?Ｗ?￣?ｃＶ?ＳＭ??ｗ?ｌ?ａａ????？?Ｍ?＾?一?一??益?一??．一一?———??ｒｎｍｍｍｍ?ｍｍｍｍｍ??ｗｍｍｍｍｍ??图１－５?ｐＨ?＝?０常用半导体的禁带宽度与导带、价带位置??Ｆｉｇ．?１－５?Ｂａｎｄ?ｇａｐ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ｐＨ?＝?０??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细二氧化钛纳米棒的制备及光催化性能研究[J]. 刘华健,刘宝春,孟庆延. 化学研究与应用. 2018(06)
[2]荧光碳点的快速宏量制备及多功能应用[J]. 王丹,王志勇,詹求强,蒲源,王洁欣,Neil R. Foster,戴黎明. Engineering. 2017(03)
[3]二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性（英文）[J]. 温九清,李鑫,刘威,方岳平,谢君,徐悦华. 催化学报. 2015(12)
[4]二氧化钛纳米棒的制备及其晶体生长机理分析[J]. 陈超,王智宇. 无机材料学报. 2012(01)
硕士论文
[1]二氧化钛复合纳米纤维的制备及其在染料敏化太阳能电池的应用研究[D]. 万婷婷.北京化工大学 2018
[2]In2O3/纳米TiO2复合氢气传感器的制备与性能增强[D]. 黄浩.郑州大学 2018
本文编号：3131113
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２导体、半导体和绝缘体三种材料不同的能带结构??
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空穴对重组率较高，这些因素都严重限制了二氧化钛的光催化效率，针对这些缺陷对??二氧化钛进行改性研究也成为了近年来的研宄热点之一。??ＳＩＣ??？?ＺｎＳ??４Ｊ－?宁?，＿??＞?＃Ｊ?樂？Ｓ－Ｏｉ?兰?Ｍ?飄??是???「…?＇?（Ｅ＝０Ｖ）??Ｓ?ＳＪ?３Ｕ！?Ｓ４Ｉ?Ｗ??Ｃｕ?Ｗ?￣?ｃＶ?ＳＭ??ｗ?ｌ?ａａ????？?Ｍ?＾?一?一??益?一??．一一?———??ｒｎｍｍｍｍ?ｍｍｍｍｍ??ｗｍｍｍｍｍ??图１－５?ｐＨ?＝?０常用半导体的禁带宽度与导带、价带位置??Ｆｉｇ．?１－５?Ｂａｎｄ?ｇａｐ?ａｎｄ?ｂａｎｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ?ｐＨ?＝?０??６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]超细二氧化钛纳米棒的制备及光催化性能研究[J]. 刘华健,刘宝春,孟庆延. 化学研究与应用. 2018(06)
[2]荧光碳点的快速宏量制备及多功能应用[J]. 王丹,王志勇,詹求强,蒲源,王洁欣,Neil R. Foster,戴黎明. Engineering. 2017(03)
[3]二氧化钛纳米材料的非均相光催化本质及表面改性（英文）[J]. 温九清,李鑫,刘威,方岳平,谢君,徐悦华. 催化学报. 2015(12)
[4]二氧化钛纳米棒的制备及其晶体生长机理分析[J]. 陈超,王智宇. 无机材料学报. 2012(01)
硕士论文
[1]二氧化钛复合纳米纤维的制备及其在染料敏化太阳能电池的应用研究[D]. 万婷婷.北京化工大学 2018
[2]In2O3/纳米TiO2复合氢气传感器的制备与性能增强[D]. 黄浩.郑州大学 2018
本文编号：3131113
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