新型半导体异质结构可见光催化剂的制备及性能研究

发布时间：2017-04-21 06:40

  本文关键词：新型半导体异质结构可见光催化剂的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体光催化由于其在能源和环境方面的巨大应用前景而受到广泛关注。传统的半导体光催化剂（如TiO2、ZnO、SnO2）的禁带宽度都比较大，对太阳光的利用非常有限。因此，设计合成新型可见光光催化剂成为了当前光催化领域的一个研究热点，而通过半导体-半导体复合构造异质结构复合光催化剂是一种实现这一目的的有效手段。本学位论文以开发新型可见光光催化剂为目的，采用半导体-半导体复合的方法分别合成了介孔CdS/层状钛酸盐复合光催化剂、C3N4-Bi2WO6复合光催化剂和C3N4-BiVO4复合光催化剂。使用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、紫外-可见漫反射光谱等技术对它们的结构和性质进行了表征。通过光催化降解染料对它们的光催化性能进行了研究。具体工作如下： 1.采用先剥离-重组装、再硫化的方法制备得到了介孔CdS/层状钛酸盐复合光催化剂。所得复合光催化剂展现了增强的可见光吸收能力和大的比表面积。此外，该材料含有两种不同的孔结构，分别源于钛酸盐纳米片的重堆积和CdS粒子的柱撑。可见光降解罗丹明B测试证明，相比原始层状钛酸盐和镉离子插层的层状钛酸盐，介孔CdS/层状钛酸盐复合光催化剂拥有更强的光催化活性。 2.采用水热法将C3N4和Bi2WO6纳米片复合到一起制备了C3N4-Bi2WO6复合光催化剂。透射电子显微镜揭示出C3N4和Bi2WO6之间形成了紧密接触的界面。紫外-可见漫反射光谱证明得到的C3N4-Bi2WO6复合光催化剂相比纯Bi2WO6在可见光区拥有更强的吸收。这些杰出的结构和性质赋予了复合光催化剂加强的光催化活性。值得注意的是，，光催化活性最佳的0.5C3N4-0.5Bi2WO6复合光催化剂的甲基橙降解速率分别达到纯C3N4和Bi2WO6的3倍和155倍。 3.采用水热C3N4和BiVO4前驱体的方法合成了C3N4-BiVO4复合光催化剂。相比纯C3N4，该材料的可见光吸收能力显著加强。光催化测试进一步证明了C3N4-BiVO4复合光催化剂拥有加强的可见光催化活性。此外，由捕获剂实验可以得到，光催化降解亚甲基蓝的主要活性物种是超氧自由基。
【关键词】：CdS 层状钛酸盐 C_3N_4 Bi_2WO_6 BiVO_4
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-36
• 1.1 引言11-12
• 1.2 半导体光催化概述12-17
• 1.2.1 半导体光催化原理12-13
• 1.2.2 半导体光催化的应用13-14
• 1.2.2.1 光解水制氢13-14
• 1.2.2.2 光催化降解有机污染物14
• 1.2.3 传统半导体光催化剂的改性14-17
• 1.2.3.1 掺杂15
• 1.2.3.2 贵金属沉积15-16
• 1.2.3.3 半导体复合16-17
• 1.2.4 开发合成新型光催化材料17
• 1.3 层状钛酸盐材料研究概述17-19
• 1.3.1 层状钛酸盐的结构17
• 1.3.2 层状钛酸盐的制备17
• 1.3.3 层状钛酸盐的修饰改性17-19
• 1.3.3.1 离子交换反应17-18
• 1.3.3.2 剥离-重组装反应18-19
• 1.4 石墨相氮化碳研究概述19-21
• 1.4.1 石墨相氮化碳的结构和性质19
• 1.4.2 石墨相氮化碳的制备19-20
• 1.4.3 石墨相氮化碳的修饰改性20-21
• 1.4.3.1 掺杂20
• 1.4.3.2 复合20-21
• 1.5 本论文的选题意义及主要研究内容21-23
• 1.5.1 本论文的选题意义21
• 1.5.2 本论文的主要研究内容21-23
• 参考文献23-36
• 第二章 介孔 CdS/层状钛酸盐复合光催化剂的制备及性能研究36-48
• 2.1 引言36
• 2.2 实验部分36-39
• 2.2.1 主要试剂及仪器36-38
• 2.2.1.1 实验试剂36-37
• 2.2.1.2 实验仪器37-38
• 2.2.2 制备介孔 CdS/层状钛酸盐复合光催化剂38
• 2.2.2.1 合成原始层状钛酸盐 K_(0.8)Ti_(1.73)Li_(0.27)O_438
• 2.2.2.2 制备单分子层钛酸盐纳米片38
• 2.2.2.3 制备介孔 CdS/层状钛酸盐复合光催化剂38
• 2.2.3 表征38-39
• 2.2.4 光催化测试39
• 2.3 结果与讨论39-45
• 2.3.1 介孔 CdS/层状钛酸盐复合光催化剂的表征39-43
• 2.3.2 介孔 CdS/层状钛酸盐复合光催化剂的光催化研究43-44
• 2.3.3 介孔 CdS/层状钛酸盐复合光催化剂的光催化机理研究44-45
• 2.4 小结45-46
• 参考文献46-48
• 第三章 C_3N_4-Bi_2WO_6复合光催化剂的制备及性能研究48-63
• 3.1 引言48-49
• 3.2 实验部分49-51
• 3.2.1 主要试剂及仪器49-50
• 3.2.1.1 实验试剂49
• 3.2.1.2 实验仪器49-50
• 3.2.2 C_3N_4-Bi_2WO_6复合光催化剂的制备50
• 3.2.2.1 C_3N_4的制备50
• 3.2.2.2 C_3N_4-Bi_2WO_6复合光催化剂的制备50
• 3.2.3 表征50
• 3.2.4 光催化测试50-51
• 3.2.5 捕获剂实验51
• 3.3 结果与讨论51-58
• 3.3.1 C_3N_4-Bi_2WO_6复合光催化剂的表征51-54
• 3.3.2 C_3N_4-Bi_2WO_6复合光催化剂的光催化研究54-57
• 3.3.3 C_3N_4-Bi_2WO_6复合光催化剂的光催化机理研究57-58
• 3.4 小结58-59
• 参考文献59-63
• 第四章 C_3N_4-BiVO_4复合光催化剂的制备及性能研究63-77
• 4.1 引言63
• 4.2 实验部分63-66
• 4.2.1 主要试剂及仪器63-64
• 4.2.1.1 实验试剂63-64
• 4.2.1.2 实验仪器64
• 4.2.2 C_3N_4-BiVO_4复合光催化剂的制备64-65
• 4.2.2.1 C_3N_4-BiVO_4复合光催化剂的制备64
• 4.2.2.2 对比光催化剂的制备64-65
• 4.2.3 表征65
• 4.2.4 光催化测试65
• 4.2.5 捕获剂实验65-66
• 4.3 结果与讨论66-73
• 4.3.1 C_3N_4-BiVO_4复合光催化剂的表征66-68
• 4.3.2 C_3N_4-BiVO_4复合光催化剂的光催化研究68-71
• 4.3.3 C_3N_4-BiVO_4复合光催化剂的光催化机理研究71-73
• 4.4 小结73-74
• 参考文献74-77
• 第五章 总结与展望77-79
• 致谢79-80
• 硕士期间论文发表及专利申请情况80-81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 宋秀兰;姚伟峰;吴一平;;半导体光催化的应用研究[J];上海电力学院学报;2012年01期

2 范崇政,肖建平,丁延伟;纳米TiO_2的制备与光催化反应研究进展[J];科学通报;2001年04期

3 杨娟;李建通;缪娟;;Bi_2O_3/TiO_2复合纳米颗粒的可见光光催化性能(英文)[J];无机化学学报;2011年03期

4 夏熙,努丽燕娜,郭再萍;溶胶凝胶法制备纳米LiCoO_2[J];应用化学;1999年04期

5 吴宝华 ,余涛;清洁能源——太阳能的应用与展望[J];应用能源技术;2004年04期

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本文编号：319719