宽带隙半导体体相/表面结构调控与光电协同催化性能研究
发布时间：2021-11-22 09:11
光催化氧化技术是目前最具潜力且广受关注的废水处理技术之一,具有工艺简单、高效节能、降解彻底、不产生二次污染等优点。但是,以Ti02为典型代表的宽带隙光催化剂不能被可见光激发,从而限制了其在废水处理领域中的应用。因此,窄化带隙提高光催化效率就成为光催化领域内所要解决的核心问题。基于此,本文从宽带隙半导体体相/表面掺杂结构调控与光电催化过程协同的视角研究了提高光催化性能的策略,详细的工作及研究成果如下:1、以Ti（S04）2和LiBr为原料,采用固相热分解法成功制备了 Li-Ti02/S042-纳米粒子,并以对其进行了 TEM、XRD、IR、DLS、XPS和UV-vis（DRS）表征。结果表明,增加锂掺杂量可以减小TiO2纳米颗粒的尺寸,并且可调控氧化钛表面硫、氧功能团的数量和结构。当Li+:Ti4+摩尔掺杂比为0.0125时,Li-TiO2/SO42-光催化剂的紫外光催化活性最高,而且不同的锂掺杂量对MB降解效率均有明显提高。施加负偏压后可见光电催化降解MB的去除效果明显优于可见光催化。基于Franz-Keldysh效应和表面硫酸化,Li-TiO2/SO42-较P25显示出了更好的光电协...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３半导体颗粒中的载流子动力学特征示意图
对光催化过程、形貌、结构等方面进行了研宄，没有涉及对氧化钛表面结构的功??能化构筑，并实现对光生载流子分离过程的强化。??光生载流子的分离是光催化过程中重要的环节，载流子寿命很大程度上决定??了光生空穴和光生电子能否到达材料表面并与表面基团反应转化。为了实现这一??目的，表面贵金属负载［２Ｍ７］、表面硫酸化［２８＿３１］、导电聚合物复合［３２＿３５］等构筑界面??导电层实现正电性空穴和负电性电子转移的技术策略被大量应用。其中氧化钛表??面硫酸化改性是较为容易实现的一种表面构筑方法，其表面能够形成Ｂｒｏｎｓｔｅｄ和??Ｌｅｗｉｓ位点可以增大光吸收强度，还可以加速光生载流子迁移并抑制载流子复合，??具有操作简单，易于实现颗粒表面均匀化改性，原料易得，成本低等优势。对于??表面硫酸化促进光催化反应而言，Ｇｏｍｅｚ认为光催化效率的提高得益于配位水导??致的Ｓ＝０键极化，如图２．１所示。此外，硫酸中的Ｓ６＋取代氧化钛中的Ｔｉ４＋形成摻??杂硫，使得氧化钛的激发光扩展到了可见光区［３７］。尽管在氧化钛掺杂和表面处理??的研宄方面做了大量工作并取得了很多成果，但单一的掺杂或者表面改性处理都??很难有效提高氧化钛的光催效率。因此，如何实现锂掺杂与硫酸化表面之间的??构效协同提高氧化钛的光催化性能就成为本文的研究出发点之一。??０??
２．３分析与讨论??２．３．１?ＸＲＤ?分析??图２．３为Ｐ２５和Ｌｉ－Ｔｉ０２／Ｓ０４２，催化剂的ＸＲＤ图。从图２．３?（ａ）中可以看出，??锂掺杂氧化钛纳米晶体的主要晶体结构为锐钛矿相，与锐钛矿相氧化钛的衍射峰??相一致。Ｐ２５?Ｔｉ０２的ＸＲＤ谱图中则出现了?２７．４１°和３６．０８°两个金红石相衍射峰。??所制备的Ｌｉ－Ｔｉ０２／Ｓ０４２？光催化剂衍射峰强度很大，表明其结晶度良好。图２．３?（ｂ）为??锐钛矿相在２５．３°衍射峰的变化趋势。由图２．３?（ｂ）可见，２５．３°衍射峰强度随着掺锂??量的增加逐渐减小，而衍射峰宽度逐渐增加。根据德拜－谢乐公式，Ｐ２５、Ｕ０．０１ＳＴ、??３０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Co3O4/BiVO4复合阳极活化过一硫酸盐强化光电催化降解双酚A[J]. 李蒋,王雁,张秀芳,赵旭. 环境科学. 2018(08)
[2]A comparative study of physicochemical and photocatalytic properties of visible light responsive Fe,Gd and P single and tri-doped TiO2 nanomaterials[J]. Seyed Mohsen Adyani,Mohammad Ghorbani. Journal of Rare Earths. 2018(01)
[3]固体酸催化剂SO42-/C-TiO2-CeO2的制备与表征[J]. 汪杨,熊道陵,张建平,刘昆明,张辉,李洋. 精细化工. 2017(01)
[4]可见光响应SO42-/Ce-TiO2的光谱特征及催化性能[J]. 马惠言,刘正江,程琳,杨桔材,张前程. 光谱学与光谱分析. 2016(04)
[5]圆形片状纳米复合材料Ag/ZnO-ZrO2微波辅助合成与多模式光催化罗丹明B[J]. 高宇,李莉,易春雄,王双,宋强,张剑琦. 无机化学学报. 2016(03)
[6]B掺杂量对TiO2纳米粉体的结构与光催化性能影响研究[J]. 王竹梅,刘波,谢志翔,李月明,沈宗洋,左建林. 人工晶体学报. 2016(01)
[7]弱恒定电场对铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化灭活HL60细胞实验的影响研究[J]. 何其昀,卢凯棋,陈丽,艾保全,肖化,熊建文. 激光生物学报. 2015(02)
[8]纳米Ag/ZnO微波辅助合成与微波增强光催化罗丹明B[J]. 李莉,张秀丽,李恩帅,于岩,段喜鑫,赵丽杰,白丽明,赵月红. 化学研究与应用. 2014(10)
[9]电场对TiO2光催化降解亚甲蓝的影响研究[J]. 于洁玫,刘宗明,黄太仲,韩吉田,种道皇. 稀有金属材料与工程. 2014(08)
[10]微波助离子液体中锌和氮共掺杂TiO2催化剂的制备及微波强化光催化活性[J]. 孙婧,蒋文建,张桂琴,毕先钧. 分子催化. 2013(06)
本文编号：3511384
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３半导体颗粒中的载流子动力学特征示意图
对光催化过程、形貌、结构等方面进行了研宄，没有涉及对氧化钛表面结构的功??能化构筑，并实现对光生载流子分离过程的强化。??光生载流子的分离是光催化过程中重要的环节，载流子寿命很大程度上决定??了光生空穴和光生电子能否到达材料表面并与表面基团反应转化。为了实现这一??目的，表面贵金属负载［２Ｍ７］、表面硫酸化［２８＿３１］、导电聚合物复合［３２＿３５］等构筑界面??导电层实现正电性空穴和负电性电子转移的技术策略被大量应用。其中氧化钛表??面硫酸化改性是较为容易实现的一种表面构筑方法，其表面能够形成Ｂｒｏｎｓｔｅｄ和??Ｌｅｗｉｓ位点可以增大光吸收强度，还可以加速光生载流子迁移并抑制载流子复合，??具有操作简单，易于实现颗粒表面均匀化改性，原料易得，成本低等优势。对于??表面硫酸化促进光催化反应而言，Ｇｏｍｅｚ认为光催化效率的提高得益于配位水导??致的Ｓ＝０键极化，如图２．１所示。此外，硫酸中的Ｓ６＋取代氧化钛中的Ｔｉ４＋形成摻??杂硫，使得氧化钛的激发光扩展到了可见光区［３７］。尽管在氧化钛掺杂和表面处理??的研宄方面做了大量工作并取得了很多成果，但单一的掺杂或者表面改性处理都??很难有效提高氧化钛的光催效率。因此，如何实现锂掺杂与硫酸化表面之间的??构效协同提高氧化钛的光催化性能就成为本文的研究出发点之一。??０??
２．３分析与讨论??２．３．１?ＸＲＤ?分析??图２．３为Ｐ２５和Ｌｉ－Ｔｉ０２／Ｓ０４２，催化剂的ＸＲＤ图。从图２．３?（ａ）中可以看出，??锂掺杂氧化钛纳米晶体的主要晶体结构为锐钛矿相，与锐钛矿相氧化钛的衍射峰??相一致。Ｐ２５?Ｔｉ０２的ＸＲＤ谱图中则出现了?２７．４１°和３６．０８°两个金红石相衍射峰。??所制备的Ｌｉ－Ｔｉ０２／Ｓ０４２？光催化剂衍射峰强度很大，表明其结晶度良好。图２．３?（ｂ）为??锐钛矿相在２５．３°衍射峰的变化趋势。由图２．３?（ｂ）可见，２５．３°衍射峰强度随着掺锂??量的增加逐渐减小，而衍射峰宽度逐渐增加。根据德拜－谢乐公式，Ｐ２５、Ｕ０．０１ＳＴ、??３０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Co3O4/BiVO4复合阳极活化过一硫酸盐强化光电催化降解双酚A[J]. 李蒋,王雁,张秀芳,赵旭. 环境科学. 2018(08)
[2]A comparative study of physicochemical and photocatalytic properties of visible light responsive Fe,Gd and P single and tri-doped TiO2 nanomaterials[J]. Seyed Mohsen Adyani,Mohammad Ghorbani. Journal of Rare Earths. 2018(01)
[3]固体酸催化剂SO42-/C-TiO2-CeO2的制备与表征[J]. 汪杨,熊道陵,张建平,刘昆明,张辉,李洋. 精细化工. 2017(01)
[4]可见光响应SO42-/Ce-TiO2的光谱特征及催化性能[J]. 马惠言,刘正江,程琳,杨桔材,张前程. 光谱学与光谱分析. 2016(04)
[5]圆形片状纳米复合材料Ag/ZnO-ZrO2微波辅助合成与多模式光催化罗丹明B[J]. 高宇,李莉,易春雄,王双,宋强,张剑琦. 无机化学学报. 2016(03)
[6]B掺杂量对TiO2纳米粉体的结构与光催化性能影响研究[J]. 王竹梅,刘波,谢志翔,李月明,沈宗洋,左建林. 人工晶体学报. 2016(01)
[7]弱恒定电场对铁氮共掺二氧化钛纳米颗粒光催化灭活HL60细胞实验的影响研究[J]. 何其昀,卢凯棋,陈丽,艾保全,肖化,熊建文. 激光生物学报. 2015(02)
[8]纳米Ag/ZnO微波辅助合成与微波增强光催化罗丹明B[J]. 李莉,张秀丽,李恩帅,于岩,段喜鑫,赵丽杰,白丽明,赵月红. 化学研究与应用. 2014(10)
[9]电场对TiO2光催化降解亚甲蓝的影响研究[J]. 于洁玫,刘宗明,黄太仲,韩吉田,种道皇. 稀有金属材料与工程. 2014(08)
[10]微波助离子液体中锌和氮共掺杂TiO2催化剂的制备及微波强化光催化活性[J]. 孙婧,蒋文建,张桂琴,毕先钧. 分子催化. 2013(06)
本文编号：3511384
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