基于CdSe量子點構(gòu)筑的半導體光催化材料及其光降解有機污染物的行為和機理研究.pdf

1、隨著工業(yè)化程度的日益提高，越來越多的有機物被投入到現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中，造成水環(huán)境中出現(xiàn)大量有機物殘留，這些有機物殘留對環(huán)境造成的污染日益加劇。近年來，利用太陽能光降解有機污染物的綠色光催化技術(shù)引起了科研工作者的廣泛關(guān)注，如何獲得高性能低成本的半導體光催化材料已然是光催化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。量子點材料由于具有尺寸小、比表面積大、光響應能力強、獨特的電子態(tài)和光學吸收性能等優(yōu)勢，已成為光催化領域新興的研究熱點。同時，硒化鎘(CdSe)半導體光催

2、化材料具有合適的禁帶寬度，獨特的晶體結(jié)構(gòu)特征以及在可見光下顯示出優(yōu)異的光降解有機污染物性能的優(yōu)勢，具有較高的研究價值。因此，結(jié)合量子點材料和CdSe半導體的多重優(yōu)勢，選擇CdSe量子點作為光催化材料來降解環(huán)境廢水中有機污染物具有很好的應用前景。但是由于單一CdSe量子點材料存在著一些缺陷嚴重制約了其應用范圍，例如:易于團聚，抗光腐蝕性差，穩(wěn)定性較低等。為了克服CdSe量子點材料的這些缺點，本論文采取多種修飾技術(shù)對其進行改性，如離子摻雜技

3、術(shù)對其進行修飾，克服CdSe量子點光生電子和空穴易復合的問題;結(jié)合貴金屬納米粒子等離子體共振效應，在提高光生電子與空穴的分離效率的同時還提高了光能利用率;選擇合適載體制備負載-復合型多組分光催化材料，解決CdSe量子點材料吸附能力差、穩(wěn)定性不高等問題。同時，通過多種分析測試方法，系統(tǒng)地研究了改性CdSe量子點光催化材料的物化特性以及光降解環(huán)境中有機污染物的反應機理。
　　具體研究工作如下:
　　(1)采用軟模板法合成方案，以

4、十六烷基三甲基氯化銨為表面活性劑，經(jīng)過簡單水浴回流過程，合成了CdSe量子點囊泡狀分級結(jié)構(gòu)光催化材料。根據(jù)TEM等測試手段分析了囊泡狀結(jié)構(gòu)的成型機制。經(jīng)過XRD、TEM、TGA等分析測試手段對量子點光催化材料的物化性質(zhì)進行表征。相對于粒子結(jié)構(gòu)CdSe量子點材料，該結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)。降解實驗結(jié)果表明，CdSe量子點囊泡狀分級結(jié)構(gòu)光催化材料對鹽酸四環(huán)素(Tetracycline hydrochloride，TC·HCl

5、)展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化降解活性。通過活性物種捕獲實驗，分析其光催化降解反應機理。通過循環(huán)降解實驗，考察催化劑的循環(huán)利用率。
　　(2)采用簡單的一步水熱法，以3-巰基丙酸為修飾劑，合成了雙離子共摻雜CdSe量子點光催化材料。通過調(diào)節(jié)離子摻雜種類以及摻雜比例，制備不同的金屬離子摻雜CdSe量子點光催化材料。TEM研究發(fā)現(xiàn)，制備的金屬離子摻雜CdSe量子點材料，納米粒子尺寸均一，呈球狀分布，納米粒子平均尺寸約為8nm。UV-vis DR

6、S表明制備的所有離子摻雜CdSe量子點樣品在可見光范圍內(nèi)均具有很強的光響應能力，相比于單一CdSe量子點材料，金屬離子摻雜CdSe量子點材料帶隙值降低。同時，以TC·HCl溶液為目標物廢水、詳細探討了光催化降解機理并研究不同條件對光催化降解性能的影響。通過考察摻雜金屬離子的種類及比例，得出3％Co-4％K/CdSe量子點材料具有最佳的光催化性能。在30min內(nèi)，其對TC·HCl的降解率達到78.4％。通過對降解不同時間的溶液質(zhì)譜進行測定

7、，分析了TC·HCl降解的中間過程。
　　(3)采用簡單的水熱法，將Al2TiO5陶瓷材料與CdSe量子點復合，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)復合材料。在此基礎上，制備了納米Ag粒子修飾CdSe量子點負載Al2TiO5復合光催化劑。利用XRD、TEM、電化學等多種分析測試手段對光催化劑進行物化性質(zhì)表征。以典型的亞甲基藍染料(Methylene blue，MB)溶液為降解目標物驗證制備的復合光催化劑的光催化活性?？疾炝薃l2TiO5的引入比例對復合材料

8、光催化性能的影響。通過活性物種捕獲實驗，分析了光催化降解過程中起主要作用的活性因子并詳細探討了光催化降解有機染料的機理。
　　(4)以箭竹葉為生物原材料，采用無氧炭化法制備蜂窩管狀竹葉生物炭。通過XRD、SEM、N2吸脫附等多種不同分析測試手段對竹葉生物炭的物化性能進行表征。以竹葉生物炭為載體，可溶性金屬鹽溶液為金屬源，硼氫化鈉為還原劑，原位生長法與水熱法相結(jié)合，成功制備了金屬離子摻雜CdSe量子點負載竹葉生物炭復合光催化劑。通過