掺杂氧化铟的制备及其光催化制氧性能研究

发布时间：2017-07-17 21:49

  本文关键词：掺杂氧化铟的制备及其光催化制氧性能研究

  更多相关文章： 氧化铟 N掺杂 Co掺杂 光催化产氧

【摘要】：In2O3作为优秀的半导体材料在光催化领域,例如在光催化水产氢、产氧反应中具有良好的应用。但是由于In203较大的禁带宽度阻碍了其在光催化方面的应用,所以想要提高光催化反应活性,减小In2O3的禁带宽度显得十分必要。研究表明,N的掺入能够有效减小In203的带隙,过渡金属阳离子掺杂可以降低导带的位置,同样可以起到减小带隙的作用。同时,元素掺杂将引入新的能级或缺陷,严重影响光生载流子的复合,从而影响光催化效率。本论文采用含有In的金属-有机骨架材料sod-ZMOF作为前躯体制备N掺杂In2O3和N、Co共掺杂In2O3并详细讨论阴离子和阴阳离子共掺杂对In2O3光解水产氧的影响机理。论文分为三个部分：第一章绪论。简要介绍了光解水制氢制氧的原理以及光解水催化剂的种类,特点和制备方法。第二章N掺杂In2O3结构的制备及光催化产氧性能研究。采用sod-ZMOF作为前驱体经过烧结后转变成N掺杂的In2O3,其中有机配体咪唑-4,5-二羧酸作为N源。制备出的N掺杂In2O3去掉表面附着的碳后禁带宽度为2.9 eV,报道的纯In2O3的禁带宽度(3.5-3.7 eV)减小了0.6-0.8 eV。通过该制备方法获得了具有较高比较面积的多孔In2O3纳米晶,同时,N-掺杂有效抑制了光生电荷的复合。在上述因素的协同作用下,该N掺杂In203在1小时内光解水产氧量为20.48 1μmol(215.04 μmol/g)。通过对材料结构的详细表征分析,对N掺杂方式和机理进行了探究。第三章N、Co共掺杂的In2O3结构的制备及光催化产氧性能研究。采用掺入Co元素的sod-ZMOF作为前躯体烧结得到N、Co共掺杂的In203,Co的掺入在N掺杂的基础上进一步减小In2O3的禁带宽度,从2.9 eV减小到2.65 eV。研究表明Co2+的掺入可以降低导带位置,在导带与价带之间更靠近导带的位置形成杂质能级。光解水产氧实验证明,N、Co共掺杂可以有效提高光催化产氧能力,反应四小时后掺Co10%的样品产氧量为312.52 μmol/g,掺N In203产氧量为255.79 μmol/g,高出56.73 μmol/g。本论文工作的主要创新点在于：采用In-MOF作为前驱体制备In203的同时进行元素掺杂,同时获得了具有较高比表面积的多孔氧化物半导体结构,制备方法新颖。本文提供了N掺杂In2O3的产氧数据,以前的研究工作鲜有报道。
【关键词】：氧化铟 N掺杂 Co掺杂 光催化产氧
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.14
【目录】：

• 中文摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 前言12-15
• 1.1.1 光合作用原理12-14
• 1.1.2 半导体光催化反应类型14-15
• 1.2 光催化水产氢产氧原理15-19
• 1.2.1 光催化产氢产氧反应原理15-16
• 1.2.2 光催化产氢产氧的过程16-19
• 1.3 光催化分解水材料的研究进展19-25
• 1.3.1 紫外光催化分解水材料的进展19-22
• 1.3.2 可见光催化分解水材料的进展22-25
• 1.4 本文研究思路及主要内容25-26
• 第二章 N掺杂氧化铟的合成、性质及应用26-44
• 2.1 引言26-27
• 2.2 实验部分27-33
• 2.2.1 试剂和仪器27-28
• 2.2.2 前驱体及N掺杂氧化铟的制备28
• 2.2.3 样品表征方法28-33
• 2.3 结果与讨论33-42
• 2.3.1 TGA及XRD33-35
• 2.3.2 前驱体及N掺杂氧化铟的形貌35-38
• 2.3.3 N掺杂氧化铟去碳前后的XPS和漫反射分析38-41
• 2.3.4 N掺杂氧化铟去碳前后的光电流和产氧性能分析41-42
• 2.4 本章小结42-44
• 第三章 N、Co共掺杂氧化铟的合成、性质及应用44-62
• 3.1 引言44-50
• 3.1.1 试剂和仪器44-45
• 3.1.2 前驱体及N、Co共掺杂氧化铟的制备45-46
• 3.1.3 样品表征方法46-50
• 3.2 结果与讨论50-55
• 3.2.1 不同浓度的Co掺入含N氧化铟的XRD分析50-52
• 3.2.2 不同浓度Co掺入含N氧化铟的形貌分析52-55
• 3.3 不同浓度Co掺入含N氧化铟的XPS、拉曼以及可见光漫反射分析55-60
• 3.3.1 不同浓度Co掺入含N氧化铟的光电流及光催化产氧性能分析59-60
• 3.4 本章小结60-62
• 第四章 结论与展望62-64
• 4.1 论文主要结论62-63
• 4.2 论文创新点63
• 4.3 论文工作展望63-64
• 参考文献64-72
• 致谢72-74
• 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况74-75
• 学位论文评阅及答辩情况表75

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本文编号：554755