铋基半导体/MOFs复合材料的制备及其光催化性能研究
发布时间：2021-11-13 01:57
随着社会的发展和科技的进步,环境污染也愈发的严重,环境问题成为社会和舆论关注的焦点。如何营造和谐的生态环境成为科学界的重要课题之一。半导体光催化技术作为一种可以有效降解有机污染物的新型技术获得了研究人员的广泛关注。然而,半导体光催化材料有着两个制约其光催化效率的主要问题:一、半导体光催化材料的太阳能利用率较低;二、光生载流子在材料内部易发生复合。如何解决这两个问题成为半导体光催化技术的重点研究方向。MOFs材料的多孔结构使得其拥有较大的比表面积,可以在光催化过程中更好的吸附有机污染物,在光催化材料的表面形成更多的活性位点;而具有独特电子结构的Bi基半导体,拥有较窄的禁带宽度,相较于传统的光催化材料可以更加有效的提升太阳光的利用率。基于两种材料的特性,本论文以Bi基半导体为基底,分别通过与能带匹配的MOFs材料复合,制备了Bi基半导体/MOFs复合材料。通过XRD、XPS、SEM、TEM、EDS、DRS等分析手段对其结构、形貌和光电性能进行表征。并通过罗丹明B染料的降解实验对复合材料的光催化性能进行研究。本论文的主要研究工作如下:1、首先通过超声辅助室温化学沉淀法制备出BiVO...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化反应过程
5图1.2常见MOFs材料禁带宽度1.3.3金属有机框架材料在光催化领域的应用随着MOFs材料不断的发展，MOFs材料的功能也在研究中不断地被拓宽。半导体光催化降解有机污染物一直是科学界热衷的课题之一，而MOFs材料又因为有着类半导体行为的特点，研究人员开始利用MOFs材料开拓半导体光催化的研究路线。Ramezanalizadeh等[31]在2018年通过将BaWO4与NH2-MOF-199相互复合，研究了复合材料对甲基橙（MO）以及4-硝基苯酚（4-NP）光催化降解活性，并且发现MOFs材料对光催化能力具有增强性的协助作用。Yang[32]等用均相的Ru和Ir光催化材料作为结构导向模板，并成功将光催化材料封装在沸石类结构的金属有机框架上（photocatalyst@MOFs）促进了反应物和产物的转移，从而提高了催化活性，并且对重要的有机反应有着良好的循环稳定性。Dhivya等[33]将钛基MOFs材料NH2-MIL-125和NTU-9复合在一起，通过回流方法制成了异质结MOFs材料NTU-9/NH2-MIL-125。与NTU-9相比，复合材料的热稳定性提高到520°C。提高了单一MOFs材料的比表面积，并且表现出优异的光催化活性。其降解机理如图1.3所示。Xie等[34]通过改性成功地将不同的烷基胺乙二胺（EN）、二亚乙基三胺（DETA）和三亚乙基四胺（TETA）引入MIL-101-Cr金属有机框架材料中，并在结构中创建了丰富的CO2化学吸附位。通过光催化反应表明，烷基胺的修饰促进了电荷的分离和迁移速率，增强了MOFs光催化材料产生电子的还原势。其中，乙二胺（EN）改性材料展现出最高CO生成速率为47.2μmol·h–1·g–1并且具有96.5％的高选择率，展现出了优秀的光催化性能。2015年Wu[35]等将MOFs材料UiO-66与AgI成功复合，相比于单一的MOFs和AgI，复合材料在降解罗丹明B染料时表现出良好的光催化活性，并且在循环稳定性能?
6统的光催化材料g-C3N4与钛基的MOFs材料MIL-125成功复合，在光照条件下，光子能量将电子从g-C3N4处激发，电子转移至MOFs材料的Ti-O簇上，将Ti4+还原为Ti3+，MIL-125表面吸附上还原成功的Ti3+，再利用Ti3+与O2形成超氧离子自由基，具有高活性的超氧离子自由基与RhB发生反应，完成降解反应。肖娟定等[38]在2017年制备了新型的MIL-68（In）-NH2/氧化石墨烯（GrO）复合材料，作为可见光驱动的阿莫西林（AMX）降解的光催化材料。MIL-68（In）-NH2/GrO复合材料表现出比纯MIL-68（In）-NH2高得多的光催化活性。通过使用GrO的修饰，其不仅用作抑制光生载流子复合的电子转运体，而且用作增强可见光吸收的敏化剂。进一步的实验表明，溶液的pH值对AMX的光降解有重大影响。此外，MIL-68（In）-NH2/GrO具有良好的可重复使用性和稳定性。降解机理如图1.4所示。图1.3NTU-9/NH2-MIL-125降解机理图图1.4MIL-68（In）-NH2/GrO降解机理示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属有机框架材料在光催化中的应用[J]. 肖娟定,李丹丹,江海龙. 中国科学:化学. 2018(09)
[2]Recent advances based on the synergetic effect of adsorption for removal of dyes from waste water using photocatalytic process[J]. Subramanian Natarajan,Hari C.Bajaj,Rajesh J.Tayade. Journal of Environmental Sciences. 2018(03)
[3]纳米金属有机骨架化合物（NMOFs）的合成及其生物应用[J]. 秦丽洁,丁亮,秦长圆,杨红,杨仕平. 上海师范大学学报(自然科学版). 2012(02)
[4]含Bi（Ⅴ）半导体化合物及其在多相光催化中的应用[J]. 张莉平,袁实,胡峰,常晓峰. 化学进展. 2010(09)
[5]TiO2/BixTiyOz气相光催化降解苯的动力学模型及反应机理[J]. 林涛,陈耀强,王和义,刘秀华,杨宇川. 催化学报. 2009(09)
本文编号：3492079
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体光催化反应过程
5图1.2常见MOFs材料禁带宽度1.3.3金属有机框架材料在光催化领域的应用随着MOFs材料不断的发展，MOFs材料的功能也在研究中不断地被拓宽。半导体光催化降解有机污染物一直是科学界热衷的课题之一，而MOFs材料又因为有着类半导体行为的特点，研究人员开始利用MOFs材料开拓半导体光催化的研究路线。Ramezanalizadeh等[31]在2018年通过将BaWO4与NH2-MOF-199相互复合，研究了复合材料对甲基橙（MO）以及4-硝基苯酚（4-NP）光催化降解活性，并且发现MOFs材料对光催化能力具有增强性的协助作用。Yang[32]等用均相的Ru和Ir光催化材料作为结构导向模板，并成功将光催化材料封装在沸石类结构的金属有机框架上（photocatalyst@MOFs）促进了反应物和产物的转移，从而提高了催化活性，并且对重要的有机反应有着良好的循环稳定性。Dhivya等[33]将钛基MOFs材料NH2-MIL-125和NTU-9复合在一起，通过回流方法制成了异质结MOFs材料NTU-9/NH2-MIL-125。与NTU-9相比，复合材料的热稳定性提高到520°C。提高了单一MOFs材料的比表面积，并且表现出优异的光催化活性。其降解机理如图1.3所示。Xie等[34]通过改性成功地将不同的烷基胺乙二胺（EN）、二亚乙基三胺（DETA）和三亚乙基四胺（TETA）引入MIL-101-Cr金属有机框架材料中，并在结构中创建了丰富的CO2化学吸附位。通过光催化反应表明，烷基胺的修饰促进了电荷的分离和迁移速率，增强了MOFs光催化材料产生电子的还原势。其中，乙二胺（EN）改性材料展现出最高CO生成速率为47.2μmol·h–1·g–1并且具有96.5％的高选择率，展现出了优秀的光催化性能。2015年Wu[35]等将MOFs材料UiO-66与AgI成功复合，相比于单一的MOFs和AgI，复合材料在降解罗丹明B染料时表现出良好的光催化活性，并且在循环稳定性能?
6统的光催化材料g-C3N4与钛基的MOFs材料MIL-125成功复合，在光照条件下，光子能量将电子从g-C3N4处激发，电子转移至MOFs材料的Ti-O簇上，将Ti4+还原为Ti3+，MIL-125表面吸附上还原成功的Ti3+，再利用Ti3+与O2形成超氧离子自由基，具有高活性的超氧离子自由基与RhB发生反应，完成降解反应。肖娟定等[38]在2017年制备了新型的MIL-68（In）-NH2/氧化石墨烯（GrO）复合材料，作为可见光驱动的阿莫西林（AMX）降解的光催化材料。MIL-68（In）-NH2/GrO复合材料表现出比纯MIL-68（In）-NH2高得多的光催化活性。通过使用GrO的修饰，其不仅用作抑制光生载流子复合的电子转运体，而且用作增强可见光吸收的敏化剂。进一步的实验表明，溶液的pH值对AMX的光降解有重大影响。此外，MIL-68（In）-NH2/GrO具有良好的可重复使用性和稳定性。降解机理如图1.4所示。图1.3NTU-9/NH2-MIL-125降解机理图图1.4MIL-68（In）-NH2/GrO降解机理示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属有机框架材料在光催化中的应用[J]. 肖娟定,李丹丹,江海龙. 中国科学:化学. 2018(09)
[2]Recent advances based on the synergetic effect of adsorption for removal of dyes from waste water using photocatalytic process[J]. Subramanian Natarajan,Hari C.Bajaj,Rajesh J.Tayade. Journal of Environmental Sciences. 2018(03)
[3]纳米金属有机骨架化合物（NMOFs）的合成及其生物应用[J]. 秦丽洁,丁亮,秦长圆,杨红,杨仕平. 上海师范大学学报(自然科学版). 2012(02)
[4]含Bi（Ⅴ）半导体化合物及其在多相光催化中的应用[J]. 张莉平,袁实,胡峰,常晓峰. 化学进展. 2010(09)
[5]TiO2/BixTiyOz气相光催化降解苯的动力学模型及反应机理[J]. 林涛,陈耀强,王和义,刘秀华,杨宇川. 催化学报. 2009(09)
本文编号：3492079
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/3492079.html
教材专著
