發(fā)布時間：2020-05-11 09:10

【摘要】：鈮酸錫(SnNb_2O_6,簡寫為SNO)作為一種典型的二維(2D)納米片材料,由于其較大的比表面積和可調(diào)控的電子結(jié)構(gòu),在光催化降解有機污染物和分解水制氫領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,由于SnNb_2O_6量子效率低,光生電子-空穴對復(fù)合率高,嚴(yán)重制約了其實際應(yīng)用。為了彌補SnNb_2O_6納米片材料的缺陷,本論文以SnNb_2O_6納米片為主體,負(fù)載不同的載體,通過構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)構(gòu)來促進光生電荷的分離效率,從而得到催化活性增強的可見光響應(yīng)復(fù)合光催化材料。采用多種表征手段分析了所制備的光催化劑的微觀結(jié)構(gòu)、光電性質(zhì)、光催化性能及穩(wěn)定性,并進一步探討了其光催化反應(yīng)機理。具體研究內(nèi)容如下:1.采用水熱法成功制備了TiO_2/SnNb_2O_6(簡寫為TiO_2/SNO)復(fù)合光催化劑。對所制備TiO_2/SNO樣品進行了XRD、TEM、AFM、BET等表征,結(jié)果表明,平均粒徑約為9.3 nm的超細(xì)TiO_2顆粒均勻且緊密地負(fù)載在約3.2 nm厚的SNO納米片表面上。光催化實驗結(jié)果顯示,TiO_2/SNO復(fù)合光催化劑在可見光照射下展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化性能,對RhB的降解效率幾乎達(dá)到100%,分別是SNO和TiO_2降解效率的6.8和9.2倍,且具有良好的穩(wěn)定性。通過ESR和自由基捕獲實驗,對TiO_2/SNO復(fù)合光催化劑的降解機理進行了探討,發(fā)現(xiàn)·O_2~-和h~+在光催化降解RhB過程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。2.通過兩步濕化學(xué)法將SrTiO_3(簡寫為STO)納米顆粒負(fù)載在SNO納米片表面,成功制備出了SrTiO_3/SnNb_2O_6(簡寫為STO/SNO)納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合光催化劑。利用XRD、BET、XPS等多種表征手段分析了所制備樣品的物相、形貌結(jié)構(gòu)和性能,并發(fā)現(xiàn)STO與SNO之間存在較強的界面相互作用。在可見光照射下,考察了1 wt%-Pt/STO/SNO復(fù)合光催化劑在甲醇水溶液中催化分解水制氫活性,實驗結(jié)果顯示,20%-STO/SNO納米異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出最佳的制氫活性,析氫效率分別是單純STO與SNO的298和2倍,并且具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和循環(huán)使用性。通過PL和光電流等測試,研究了復(fù)合光催化材料的反應(yīng)機理,結(jié)果表明,STO的引入能夠有效的抑制電子-空穴對的復(fù)合,從而提高了STO/SNO復(fù)合光催化材料的可見光催化制氫活性。3.采用水熱法將MoS_2納米片負(fù)載在所制備的SNO納米片表面,成功制備了MoS_2/SNO納米復(fù)合光催化劑。通過TEM、XPS、和PL等多種表征,測試分析了所制備的光催化劑的物相和微觀結(jié)構(gòu)等特征。光催化制氫實驗結(jié)果表明,10%-MoS_2/SNO異質(zhì)結(jié)表現(xiàn)出最佳的光催化制氫活性,制氫速率高達(dá)到257.78μmol·h~(-1)·g~(-1),約為單純SNO和MoS_2的4.3和5倍。四次循環(huán)實驗證明了所制備的光催化劑具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和循環(huán)使用性。光催化機理研究顯示,MoS_2的引入不僅拓寬了MoS_2/SNO復(fù)合光催化劑的可見光吸收范圍,同時促進了光生載流子的分離與遷移,從而提高了MoS_2/SNO復(fù)合材料的可見光催化分解水制氫活性。
【圖文】：

圖 1.1 光催化降解有機污染物的機理示意圖Fig. 1.1 The mechanism of photocatalytic degradation of organic pollutan半導(dǎo)體光催化材料光催化分解水的機理光催化分解水的體系中，通過光照，激發(fā)的電子和空穴分離并遷移表面，它們分別作為還原劑和氧化劑與水反應(yīng)生成 H2和 O2。光催圖如圖 1.2 所示。水分解成 H2和 O2是一個難度較大的反應(yīng)，其標(biāo)能 ΔG0至少為 237 kJ/mol。O →1/2O2+ H2; G = +237 kJ/mol (1.7)此，，光催化劑的 Eg 應(yīng)該大于 1.23 eV（ < 1000 nm）才能實現(xiàn)水如果可見光作為入射光源，光催化劑的 Eg 必須小于 3.0 eV（ > 4隙是否匹配以及導(dǎo)帶和價帶的電位對實現(xiàn)水分解也是至關(guān)重要帶的電位必須比 H+/H2的還原電位（0V vs. NHE）更負(fù)，價帶電位 的氧化電位（1.23 V vs. NHE）更正。

圖 1.2 光催化全分解水的機理圖Fig. 1.2 Basic principle of overall water splitting導(dǎo)體光催化劑分解水的步驟：（1）光催化劑吸電子-空穴對；（2）光生載流體分離并遷移到光電子和空穴分別還原和氧化產(chǎn)生 H2和 O2。前兩構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)。一般來說，結(jié)晶度較高的物質(zhì)具密度可以作為光生載流子之間復(fù)合中心。通過減活性較高的光催化劑，因為光生電子-空穴對的步驟可以通過固體助催化劑促進。助催化劑通常屬氧化物（例如 NiOx，RuO2），它們作為納米）負(fù)載在光催化劑表面上，以產(chǎn)生更多的反應(yīng)活在大多數(shù)情況下，助催化劑的負(fù)載能夠促進 H劑不能活化表面上的氫所致。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;TB383.1

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本文編號：2658225