钼酸铋基光催化剂的制备及性能研究

发布时间：2021-05-06 05:14

　　近年来,能源危机与环境污染问题成为当今社会亟待解决的问题之一,半导体光催化技术以其节能廉价、反应条件温和、无二次污染等优点被认为是一种最为理想的处理手段。然而,开发一种高效的、稳定的、可实用化的半导体光催化剂仍然面临着严峻的挑战,这主要是因为在光催化过程中,催化剂大都具有较低的载流子迁移速率和较高的复合几率而导致的。因此,在满足了半导体光催化反应所需的热力学前提下,如何改善催化剂光生载流子的动力学行为是提高其催化性能的关键。本论文以在可见光下具有宽响应范围的Bi₂MoO₆催化剂作为研究对象,并通过一系列的改性手段调控其光生载流子的动力学行为,进而改善其光催化性能。采用溶剂热法制备了一种Fe³⁺掺杂的Bi₂MoO₆光催化剂,掺杂后样品表现出了优异的光催化固氮、还原Cr（Ⅵ）以及降解有机污染物性能。DFT理论计算和实验结果表明,掺杂改性后样品光催化性能的提高主要归因于:Fe³⁺离子的掺杂可以显著降低Bi₂MoO₆的表... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：158 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的与意义
    1.2 半导体光催化技术
    1.3 光催化剂改性方法
        1.3.1 贵金属负载
        1.3.2 半导体复合
        1.3.3 离子掺杂
        1.3.4 染料光敏化
        1.3.5 形貌调控
    1.4 光催化剂的分类
        1.4.1 氧化物催化剂
        1.4.2 硫化物催化剂
        1.4.3 氮化物催化剂
        1.4.4 铋基光催化剂
    1.5 钼酸铋光催化剂概述
    1.6 本文的主要研究内容
第2章 实验材料及表征方法
    2.1 主要原料及试剂
    2.2 实验仪器
    2.3 样品的表征方法
        2.3.1 X射线粉末衍射(XRD)测试
        2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)
        2.3.3 透射电子显微镜(TEM)
        2.3.4 X射线光电子能谱(XPS)
        2.3.5 原子力显微镜(AFM)
        2.3.6 紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)
        2.3.7 孔径分布与比表面积(BET)
        2.3.8 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
        2.3.9 Raman光谱
        2.3.10 开尔文探针(RTK)
        2.3.11 荧光(PL)光谱
        2.3.12 光电化学性质测试
    2.4 光催化性能评价
        2.4.1 光催化固氮
        2.4.2 光催化还原Cr(Ⅵ)
        2.4.3 光催化降解有机染料的反应
        2.4.4 理论计算方法
第3章 Fe~(3+)掺杂Bi_2MoO_6 光催化剂的载流子行为调控及性能研究
    3.1 引言
    3.2 结构和组成分析
    3.3 光催化性能分析
    3.4 光学吸收分析
    3.5 光生载流子动力学行为分析
    3.6 光催化性能提高的机制分析
    3.7 本章小结
第4章 PO_4~(3-)掺杂Bi_2MoO_6 光催化剂的载流子行为调控及性能研究
    4.1 引言
    4.2 结构和组成分析
    4.3 光催化性能分析
    4.4 能带结构分析
    4.5 光生载流子动力学行为分析
    4.6 光催化固氮反应机制分析
    4.7 本章小结
第5章 g-C_3N_4/Bi_2MoO_6 异质结光催化剂的构筑及性能研究
    5.1 引言
    5.2 g-C_3N_4-Bi_2MoO_6 范德华异质结的结构及形貌
        5.2.1 g-C_3N_4-Bi_2MoO_6 样品的制备
        5.2.2 结构和形貌分析
        5.2.3 光学吸收及能带位置分析
        5.2.4 光催化性能评价
        5.2.5 光生载流子分离效率分析
        5.2.6 光催化性能提高的机制
    5.3 磺酸基修饰g-C_3N_4样品的结构及形貌
        5.3.1 结构和形貌分析
        5.3.2 光学吸收及载流子分离效率分析
        5.3.3 光催化性能评价及机制
    5.4 磺酸基桥联的g-C_3N_4/Bi_2MoO_6 样品的结构及形貌
        5.4.1 磺酸基桥联的g-C_3N_4/Bi_2MoO_6 样品的制备
        5.4.2 组成及形貌分析
        5.4.3 光学吸收及载流子分离效率分析
        5.4.4 光催化性能评价及机制
    5.5 本章小结
第6章 量子点自修饰的Bi_2MoO_6-BCN复合光催化剂的制备及性能研究
    6.1 引言
    6.2 样品的制备
    6.3 催化剂的结构和性能分析
        6.3.1 BMO(Q)同质结光催化剂的表征
        6.3.2 BCN光催化剂的表征
        6.3.3 BCN-BMO(Q)催化剂的表征
    6.4 催化剂性能提高的机制分析
    6.5 本章小结
结论
论文创新点
展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]环境污染问题的多元治理机制研究[J]. 徐浩.  现代管理科学. 2019(10)
[2]磷烯基二维范德瓦尔斯异质结的理论表征（英文）[J]. 汪鹏,孟杰,黄静,王加军,李群祥.  Chinese Journal of Chemical Physics. 2019(04)
[3]ZnO/ZnS核壳纳米线界面缺陷的形成及发光特性研究[J]. 赵海霞,方铉,王颜彬,房丹,李永峰,王登魁,王晓华,楚学影,张晓东,魏志鹏.  中国光学. 2019(04)
[4]超分子自组装法制备氮化碳聚合物光催化剂[J]. 郑云,王心晨.  中国材料进展. 2017(01)
[5]基于能带结构理论的半导体光催化材料改性策略[J]. 王丹军,张洁,郭莉,申会东,付峰,薛岗林,方轶凡.  无机材料学报. 2015(07)
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[7]Bi2MoO6/BiVO4异质结的水热合成和可见光催化活性（英文）[J]. 林雪,郭晓宇,王庆伟,常利民,翟宏菊.  物理化学学报. 2014(11)
[8]氮化碳聚合物半导体光催化[J]. 张金水,王博,王心晨.  化学进展. 2014(01)
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本文编号：3171306