二元金属氧化物及硫化物光催化剂的合成及其应用研究

发布时间：2017-05-04 07:16

  本文关键词：二元金属氧化物及硫化物光催化剂的合成及其应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，半导体光催化剂在能源开发和环境治理方面的应用已经引起了世界各国政府、产业界以及科学家的广泛关注，研制与开发高效光催化剂是光催化研究领域的首要任务。以二氧化钛为代表的氧化物半导体光催化材料以其独特的性能成为一种理想的光催化材料。但是，以二氧化钛半导体为基础的光催化技术还存在着量子效率低，太阳能利用率低等关键科学技术难题，这极大地制约了它在工业上的广泛应用。 针对上述难题，为加速光催化技术的实用化进程，提高光催化材料的光催化活性及稳定性，本论文研究工作主要围绕以下三个方面展开：(一)选取合适目标元素，合成二元双金属介稳态新型光催化剂，利用其本征高能态导致的高催化活性来提高光催化效率。(二)通过掺杂上转换试剂以及光沉积贵金属等方法提高光催化剂的可见光利用效率，抑制光生电子和空穴的复合，从而进一步提升二元双金属光催化剂的光催化效率。(三)研制新型自组装分等级高效金属硫化物与氧化物的复合型光催化剂，通过调节复合物中两相比例，连续调控其半导体禁带宽度以及光催化能力。研究工作主要分为以下五章： 第一章中，本文综述了国内外关于半导体催化剂的最新研究进展，简要介绍了半导体光催化剂的光催化作用的基本原理，总结了提高半导体光催化剂催化效率的各种有效途径，给出了通过合成介稳态光催化剂、掺杂稀土上转换试剂、负载贵金属以及通过两相复合等方法提高光催化材料光催化效率的理论依据。 第二章中，采用湿化学合成法，以甲醇作为超临界介质，苯甲醇作为结构导向剂，在超临界条件下首次合成出高度晶化介稳态钛酸铋(Bi20TiO32)纳米片，且其制备产量为克级，并对该材料形貌、粒子尺寸等进行可控调节。将该材料降解活性与合成条件中的控制因素进行联系，从而进一步优化合成路径。并采用吸附-光照还原-焙烧固定三个步骤将贵金属(Au)颗粒负载到载体钛酸铋纳米片上，制备得到了具有高光催化活性的贵金属负载型钛酸铋纳米片光催化剂。并将其成功应用于在模拟太阳光或可见光下光催化降解常见有机染料及卟啉类染色物。 第三章中，首次通过水热合成法制备出近红外及可见光响应的Er~(3+)掺杂Bi_2MoO_6光催化材料。所合成的产物形貌可控，通过调节反应体系的pH值，所合成的纳米片厚度逐渐增加，当pH值增加到一定程度后，我们合成得到了纳米线。在本研究中，我们通过优化反应体系的pH值以及Er~(3+)的掺杂用量，得到了理想的光催化钼酸铋纳米材料。Er~(3+)掺杂Bi_2MoO_6光催化材料利用Er~(3+)的上转化发光效应实现长波辐射向短波辐射转变的能量转换，Er~(3+)所吸收的可见光和近红外光被转化成符合Bi_2MoO_6能带间隙宽度的紫外光，成功扩宽了Bi_2MoO_6的光响应范围，有效地提高了其光催化效率。实验结果表明，通过掺杂Er~(3+)可显著提高钼酸铋材料在降解常见纺织染料及有机污染物苯酚应用中的光催化活性，掺杂Er~(3+)离子的作用机理在此研究中被详细讨论。 第四章中，本文采用湿化学合成法来合成花状SnS_2@SnO_2复合材料，材料的分等级结构由负载的SnO_2纳米粒子和SnS_2纳米片组成。克服常规颗粒状硫化物表面活性低的缺点，采取合成二维片状硫化物来促进载流子的分离来提高其量子效率从而提高其能量转换效率和光催化活性，使这类材料具有更大应用前景的可能。复合体系中SnO_2和SnS_2的摩尔比例可以通过调节二元溶剂的比例在进行可控调节。所合成的复合材料在可见光条件下降解染料的应用中显示出很高的催化活性。其光催化机理在本文中也被详细研究。 第五章中，总结了本文研究的结论，并基于本研究结果及当前光催化材料的研究现状，，提出了光催化技术的发展方向。
【关键词】：光催化剂 二元金属 钛酸铋 钼酸铋 上转换 硫化锡 氧化锡
【学位授予单位】：中南民族大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 半导体光催化技术研究背景介绍12-14
• 1.2 半导体光催化剂催化作用机理14-16
• 1.3 当前光催化剂存在的主要问题与现有解决方法16-20
• 1.3.1 新型多元复合氧化物光催化剂17-18
• 1.3.2 贵金属负载型半导体光催化剂18-19
• 1.3.3 离子掺杂型光催化剂19-20
• 1.3.4 表面敏化20
• 1.4 新体系高效纳米光催化剂的研制20-22
• 1.4.1 金属氧化物表面修饰21
• 1.4.2 催化剂形貌控制21
• 1.4.3 介稳态材料的应用21-22
• 1.5 本论文研究意义及内容22-24
• 第二章 介稳态钛酸铋(Bi_(20)TiO_(32))纳米片的合成及其光催化性能的研究24-45
• 2.1 前言24-26
• 2.1.1 研究背景24
• 2.1.2 钛酸铋光催化材料研究现状24-25
• 2.1.3 介稳态钛酸铋材料研究现状及问题25-26
• 2.2 本章主要内容26
• 2.3 实验部分26-29
• 2.3.1 材料及试剂26-27
• 2.3.2 材料制备及处理27-28
• 2.3.3 材料的表征28
• 2.3.4 光催化降解实验28-29
• 2.4 结果与讨论29-43
• 2.4.1 催化剂的表征结果29-32
• 2.4.2 尿素及苯甲醇与钛酸铋材料形貌的关系32-34
• 2.4.3 钛酸铋纳米片的光学性能及光催化降解纺织染料活性34-38
• 2.4.4 钛酸铋纳米片的光催化降解卟啉活性38-42
• 2.4.5 贵金属负载钛酸铋纳米片的光催化降解活性42-43
• 2.5 本章结论43-45
• 第三章 Er~(3+)掺杂暴露{010}面钼酸铋纳米片的合成及其光催化性能研究45-66
• 3.1 前言45-47
• 3.1.1 研究背景45-46
• 3.1.2 钼酸铋及上转换材料在光催化领域的应用46-47
• 3.2 本章研究内容47
• 3.3 实验部分47-49
• 3.3.1 材料及试剂47-48
• 3.3.2 材料制备48
• 3.3.3 材料的表征48
• 3.3.4 光催化性能测试48-49
• 3.4 结果与讨论49-65
• 3.4.1 合成材料的表征49-56
• 3.4.2 钼酸铋光学性能56-59
• 3.4.3 钼酸铋光催化性能59-65
• 3.5 本章结论65-66
• 第四章 氧化锡及硫化锡复合光催化剂的设计合成及性能研究66-83
• 4.1 前言66-67
• 4.1.1 研究背景66
• 4.1.2 硫化锡在光催化领域的应用66-67
• 4.2 本章研究内容67
• 4.3 实验部分67-69
• 4.3.1 材料及试剂67-68
• 4.3.2 材料制备68
• 4.3.3 材料的表征68-69
• 4.3.4 光催化性能测试69
• 4.4 结果与讨论69-82
• 4.4.1 合成材料的表征69-76
• 4.4.2 合成材料的光学性能76-77
• 4.4.3 合成材料的光催化性能77-81
• 4.4.4 合成材料的能级结构81-82
• 4.5 本章结论82-83
• 第五章 结论与展望83-86
• 5.1 本研究结论83-84
• 5.2 光催化技术发展方向及意义84-86
• 参考文献86-104
• 致谢104-105
• 附录1 攻读硕士期间学术成果105-106
• 附录2 攻读硕士期间所获得奖励106

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王昕;卟啉化合物合成的最新研究进展[J];湘潭师范学院学报(自然科学版);2001年03期

2 陈连清;渠星宇;李群丽;施超;;四苯基卟啉衍生物的合成、表征及光物理和电化学性质[J];中南民族大学学报(自然科学版);2009年02期

3 胡军成;周亚平;刘航;蒙丽娜;宝美焕;宋志;;比表面积及金修饰对氧化锌光催化性能的影响[J];中南民族大学学报(自然科学版);2010年02期

  本文关键词：二元金属氧化物及硫化物光催化剂的合成及其应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：344646