新型异质结可见光响应光催化剂的制备及性能表征

发布时间：2017-06-06 04:08

  本文关键词：新型异质结可见光响应光催化剂的制备及性能表征，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光催化是一项绿色环保、有广泛应用前景的环境污染处理技术，它具有降解彻底、无选择性、不产生二次污染等特点。但TiO_2的禁带宽度为3.2eV，仅可以吸收波长小于387nm的紫外光，对太阳能利用率低，同时光生电子-空穴对复合几率高，这些因素限制了光催化技术实际应用的发展。人们通过许多方法对TiO_2进行改性，如染料敏化、离子掺杂、贵金属沉积和半导体复合，提高了量子效率，改善了TiO_2的可见光响应性。但是这些方法都有各自的缺点。异质结是半导体领域的一个重要概念，其内建电场能够驱使光生电子-空穴有效分离，宽带半导体复合窄带半导体构成的异质结还能叠加两者的光响应能力，在光催化剂的研制过程中引入异质结结构有望解决TiO_2光催化剂存在的问题。本文通过较简单方便的研磨-煅烧法制备了一系列的异质结复合光催化剂，并利用X—射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDS)以及紫外可见光漫反射光谱(DRS)等手段对所得材料的结构、形貌以及光学性能等进行了表征，并进行了光催化性能的测试，主要研究内容和结果归纳如下: (1)采用水热法分别合成了CuBi_2O_4和ZnO，，通过研磨-煅烧法制备了新型的p-n异质结催化剂CuBi_2O_4/ZnO，通过Rh-B的光催化降解反应进行光催化剂的光催化活性评价。结果显示，在可见光照射下，p-n异质结光催化剂CuBi_2O_4/ZnO的光催化活性远高于纯的ZnO、CuBi_2O_4和未经研磨的p-CuBi_2O_4与n-ZnO的混合物。CuBi_2O_4的最佳负载质量比例为5%。通过p-n结原理和价带理论对CuBi_2O_4对CuBi_2O_4/ZnO的光催化活性影响机制进行了讨论研究。 (2)采用水热法分别合成了CuBi_2O_4和NaTaO_3，通过研磨-煅烧法制备了新型的p-n异质结催化剂CuBi_2O_4/NaTaO_3，通过甲基蓝的光催化降解褪色反应进行光催化剂的光催化活性评价。当CuBi_2O_4的最佳负载量为50.0wt%，煅烧温度为500℃时，表现出最佳的光催化活性，CuBi_2O_4/NaTaO_3可以在60min几乎可以将甲基蓝完全降解。由于CuBi_2O_4/NaTaO_3的界面上有p-n异质结的形成，内部电场促使生光生电子-空穴对的分离，从而使复合异质结催化剂的光催化活性大大提高。 (3)采用水热法分别合成了CuBi_2O_4和BaTiO_3，通过研磨-煅烧法制备了新型的p-n异质结催化剂CuBi_2O_4/BaTiO_3，通过甲基蓝的光催化降解褪色反应进行光催化剂的光催化活性评价。当CuBi_2O_4的最佳负载量为30.0wt%，煅烧温度为600℃时，表现出最佳的光催化活性，CuBi_2O_4/BaTiO_3可以在120min几乎可以将甲基蓝完全降解。由于CuBi_2O_4/BaTiO_3的界面上有p-n异质结的形成，内部电场促使生光生电子-空穴对的分离，从而使复合异质结催化剂的光催化活性大大提高。
【关键词】：纳米材料 光催化 可见光 异质结 电子-空穴分离
【学位授予单位】：温州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-26
• 1.1 前言10-11
• 1.2 半导体光催化简介11-17
• 1.2.1 研究背景11-12
• 1.2.2 光催化剂和光催化氧化技术概述12-13
• 1.2.3 半导体光催化的基本原理13-15
• 1.2.4 光催化的应用15-17
• 1.2.5 现有光催化剂存在的问题17
• 1.3 半导体光催化剂的改性技术17-20
• 1.3.1 金属离子掺杂18
• 1.3.2 非金属离子掺杂18
• 1.3.3 贵金属沉积18-19
• 1.3.4 复合半导体19-20
• 1.3.5 染料光敏化20
• 1.4 异质结光催化剂概况20-24
• 1.4.1 p-n 异质结界面的内建电场22
• 1.4.2 p-n 异质结界面的电荷迁移规律22-24
• 1.4.3 异质结构的制备方法24
• 1.5 本文研究的目的、意义及主要内容24-26
• 1.5.1 本文研究的目的和意义24
• 1.5.2 本文研究的主要内容24-26
• 第二章 异质结光催化剂 CuBi_2O_4/ ZnO 的制备及其光催化性能研究26-40
• 2.1 前言26-27
• 2.2 实验部分27-30
• 2.2.1 实验设计27
• 2.2.2 实验原料和仪器27-28
• 2.2.3 ZnO 粉末的制备28-29
• 2.2.4 CuBi_2O_4粉末的制备29
• 2.2.5 p-n 异质结光催化剂 p-CuBi_2O_4/n-ZnO 的制备29
• 2.2.6 表征29-30
• 2.2.7 光催化活性的测定30
• 2.3 结果与讨论30-37
• 2.3.1 产物的 XRD 表征30-32
• 2.3.2 扫描电子显微镜32-34
• 2.3.3 紫外-可见光漫反射光谱分析34-35
• 2.3.4 光催化活性的评价35-37
• 2.4 反应机理的探讨37-39
• 2.5 结论39-40
• 第三章 异质结催化剂 CuBi_2O_4/NaTaO_3的制备和光催化性能研究40-55
• 3.1 前言40-41
• 3.2 实验部分41-45
• 3.2.1 实验设计41
• 3.2.2 实验原料和仪器41-42
• 3.2.3 NaTaO_3粉末的制备42-43
• 3.2.4 CuBi_2O_4粉末的制备43
• 3.2.5 p-n 异质结光催化剂 p-CuBi_2O_4/n-NaTaO_3的制备43
• 3.2.6 表征43-44
• 3.2.7 光催化活性的测定44-45
• 3.3 结果与讨论45-52
• 3.3.1 产物的 XRD 表征45-47
• 3.3.2 扫描电子显微镜47-48
• 3.3.3 紫外-可见光漫反射光谱分析48-50
• 3.3.4 CuBi_2O_4的负载量对光催化活性的影响50-51
• 3.3.5 煅烧温度对光催化活性的影响51-52
• 3.4 反应机理的探讨52-54
• 3.5 结论54-55
• 第四章 异质结光催化剂 CuBi_2O_4/BaTiO_3的制备与光催化性能研究55-70
• 4.1 前言55-56
• 4.2 实验部分56-59
• 4.2.1 实验设计56
• 4.2.2 实验原料和仪器56-57
• 4.2.3 BaTiO_3粉末的制备57
• 4.2.4 CuBi_2O_4粉末的制备57-58
• 4.2.5 p-n 异质结光催化剂 p-CuBi_2O_4/n-BaTiO_3的制备58
• 4.2.6 表征58
• 4.2.7 光催化活性的测定58-59
• 4.3 结果与讨论59-67
• 4.3.1 产物的 XRD 表征59-62
• 4.3.2 扫描电子显微镜62-64
• 4.3.3 紫外-可见光漫反射光谱分析64-65
• 4.3.4 CuBi_2O_4的负载量对光催化活性的影响65-66
• 4.3.5 煅烧温度对光催化活性的影响66-67
• 4.4 反应机理的探讨67-69
• 4.5 结论69-70
• 第五章 全文总结70-71
• 参考文献71-80
• 致谢80-81
• 攻读学位期间发表的学术论文目录81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 肖建民;论氢能源和氢能源系统[J];世界科技研究与发展;1997年01期

  本文关键词：新型异质结可见光响应光催化剂的制备及性能表征，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：425335