二元金屬氧化物及硫化物光催化劑的合成及其應(yīng)用研究.pdf

1、近年來,半導(dǎo)體光催化劑在能源開發(fā)和環(huán)境治理方面的應(yīng)用已經(jīng)引起了世界各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界以及科學(xué)家的廣泛關(guān)注,研制與開發(fā)高效光催化劑是光催化研究領(lǐng)域的首要任務(wù)。以二氧化鈦為代表的氧化物半導(dǎo)體光催化材料以其獨(dú)特的性能成為一種理想的光催化材料。但是,以二氧化鈦半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)還存在著量子效率低,太陽(yáng)能利用率低等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題,這極大地制約了它在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。
　　針對(duì)上述難題,為加速光催化技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程,提高光催化材料的光催

2、化活性及穩(wěn)定性,本論文研究工作主要圍繞以下三個(gè)方面展開:(一)選取合適目標(biāo)元素,合成二元雙金屬介穩(wěn)態(tài)新型光催化劑,利用其本征高能態(tài)導(dǎo)致的高催化活性來提高光催化效率。(二)通過摻雜上轉(zhuǎn)換試劑以及光沉積貴金屬等方法提高光催化劑的可見光利用效率,抑制光生電子和空穴的復(fù)合,從而進(jìn)一步提升二元雙金屬光催化劑的光催化效率。(三)研制新型自組裝分等級(jí)高效金屬硫化物與氧化物的復(fù)合型光催化劑,通過調(diào)節(jié)復(fù)合物中兩相比例,連續(xù)調(diào)控其半導(dǎo)體禁帶寬度以及光催化能

3、力。研究工作主要分為以下五章:
　　第一章中,本文綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于半導(dǎo)體催化劑的最新研究進(jìn)展,簡(jiǎn)要介紹了半導(dǎo)體光催化劑的光催化作用的基本原理,總結(jié)了提高半導(dǎo)體光催化劑催化效率的各種有效途徑,給出了通過合成介穩(wěn)態(tài)光催化劑、摻雜稀土上轉(zhuǎn)換試劑、負(fù)載貴金屬以及通過兩相復(fù)合等方法提高光催化材料光催化效率的理論依據(jù)。
　　第二章中,采用濕化學(xué)合成法,以甲醇作為超臨界介質(zhì),苯甲醇作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑,在超臨界條件下首次合成出高度晶化介穩(wěn)態(tài)鈦酸

4、鉍(Bi20TiO32)納米片,且其制備產(chǎn)量為克級(jí),并對(duì)該材料形貌、粒子尺寸等進(jìn)行可控調(diào)節(jié)。將該材料降解活性與合成條件中的控制因素進(jìn)行聯(lián)系,從而進(jìn)一步優(yōu)化合成路徑。并采用吸附-光照還原-焙燒固定三個(gè)步驟將貴金屬(Au)顆粒負(fù)載到載體鈦酸鉍納米片上,制備得到了具有高光催化活性的貴金屬負(fù)載型鈦酸鉍納米片光催化劑。并將其成功應(yīng)用于在模擬太陽(yáng)光或可見光下光催化降解常見有機(jī)染料及卟啉類染色物。
　　第三章中,首次通過水熱合成法制備出近紅外及

5、可見光響應(yīng)的 Er3+摻雜 Bi2MoO6光催化材料。所合成的產(chǎn)物形貌可控,通過調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值,所合成的納米片厚度逐漸增加,當(dāng)pH值增加到一定程度后,我們合成得到了納米線。在本研究中,我們通過優(yōu)化反應(yīng)體系的pH值以及Er3+的摻雜用量,得到了理想的光催化鉬酸鉍納米材料。Er3+摻雜Bi2MoO6光催化材料利用Er3+的上轉(zhuǎn)化發(fā)光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)波輻射向短波輻射轉(zhuǎn)變的能量轉(zhuǎn)換,Er3+所吸收的可見光和近紅外光被轉(zhuǎn)化成符合Bi2MoO6能帶

6、間隙寬度的紫外光,成功擴(kuò)寬了Bi2MoO6的光響應(yīng)范圍,有效地提高了其光催化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過摻雜Er3+可顯著提高鉬酸鉍材料在降解常見紡織染料及有機(jī)污染物苯酚應(yīng)用中的光催化活性,摻雜Er3+離子的作用機(jī)理在此研究中被詳細(xì)討論。
　　第四章中,本文采用濕化學(xué)合成法來合成花狀SnS2@SnO2復(fù)合材料,材料的分等級(jí)結(jié)構(gòu)由負(fù)載的SnO2納米粒子和SnS2納米片組成。克服常規(guī)顆粒狀硫化物表面活性低的缺點(diǎn),采取合成二維片狀硫化物來促