【摘要】：作為緩解環(huán)境污染和能源危機(jī)最具前景的策略之一,可見光驅(qū)動(dòng)的多相光催化技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。目前,已經(jīng)報(bào)道了大量的半導(dǎo)體光催化材料應(yīng)用于環(huán)境治理。但由于催化材料的可見光利用率低,光生電子和空穴的快速復(fù)合等缺點(diǎn),使其無法高效的消除有機(jī)污染物。構(gòu)筑復(fù)合光催化劑是提高光催化性能的有效策略之一。由于碳基復(fù)合光催化劑具有優(yōu)異的光電性能、良好的化學(xué)穩(wěn)定性、低成本、易于制備等優(yōu)點(diǎn),在各類光催化應(yīng)用中引起了研究者的廣泛興趣。本文主要研究了高效碳基復(fù)合材料的制備及其光催化性能,主要成果如下:制備了C/CaFe_2O_4納米棒復(fù)合材料,并考察了碳的修飾對(duì)光催化活性的影響。結(jié)果表明復(fù)合材料的光催化降解活性與C和CaFe_2O_4之間的質(zhì)量比密切相關(guān)。當(dāng)碳含量為58 wt%,顯示出最優(yōu)的催化活性,其降解亞甲基藍(lán)(MB)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)(0.0058 min~(-1))是鐵酸鈣的4.8倍。此外,吸附等溫線的結(jié)果表明MB以單分子層形式吸附在鐵酸鈣納米棒表面�？傮w而言,C覆蓋在CaFe_2O_4表面,使光生電子和空穴更有效的傳輸和分離,既提高了催化劑對(duì)MB的吸附性能,又可以顯著增強(qiáng)催化劑對(duì)光的吸收能力,從而提高了光催化活性。采用原位沉淀法成功合成了新型高效的Ag_6Si_2O_7/碳復(fù)合光催化劑,并在可見光(λ420 nm)條件下對(duì)羅丹明B(RhB)的光催化降解活性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。研究發(fā)現(xiàn)Ag_6Si_2O_7的含量對(duì)復(fù)合光催化劑的降解活性具有重要的影響,當(dāng)Ag_6Si_2O_7含量為50 wt%,復(fù)合材料顯示出最優(yōu)的催化活性,其表觀反應(yīng)速率常數(shù)是純Ag_6Si_2O_7的3.0倍,是碳的5.4倍。此外,通過自由基捕獲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在光降解RhB的過程中,空穴和羥基自由基起著重要的作用。最后,采用高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)分析了RhB在光催化降解過程中的中間體,并提出了一種可能的光催化降解途徑。
【學(xué)位授予單位】：江西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;O643.36
【圖文】：

圖 1-1. 半導(dǎo)體 TiO2中降解水中污染物中電子空穴對(duì)的光致形成機(jī)理面催化機(jī)理的分析，因此需要足夠光輻射能量才能激發(fā)半導(dǎo)體躍遷，下圖 1-2 中給出了常見氧化物和硫化物半導(dǎo)體在 pH=0緣位置[8-12]，并簡要討論了帶邊與電子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。我們體的電子結(jié)構(gòu)與水的氧化還原電位（能帶邊的能量勢(shì)可以從絕solute Vacuum Scale，AVS）中的值反推：E(NHE)= E(AVS)-4.50，eV）很好地匹配生成氫氣和氧氣分子，滿足水分解的熱力學(xué)要物的導(dǎo)帶由金屬軌道構(gòu)成，而價(jià)帶由 O2p軌道構(gòu)成，其氧化還的氧化勢(shì)(OH-/O2)，而其價(jià)帶邊緣大多小于水的還原勢(shì)(H2/H+nO2的導(dǎo)帶底還遠(yuǎn)低于水的還原電勢(shì)，是帶隙極窄的半導(dǎo)體，光催化水產(chǎn)氫的能帶結(jié)構(gòu)。金屬硫化物中大部分的價(jià)帶的邊緣，也低于水的氧化勢(shì)(OH-/O2)，其中少量的金屬硫化物的價(jià)帶，如 FeS，CoS，CuS，NiS4，PbS 等的價(jià)帶和導(dǎo)帶帶隙均在在化電勢(shì)之間，其能帶結(jié)構(gòu)并不滿足光催化分解水的電位要求。

圖 1-2. 常見金屬氧化物半導(dǎo)體和金屬硫化物在 pH=0 處導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊的能量位置，空心底部和空心頂部分別表示導(dǎo)帶邊和價(jià)帶邊1.3 半導(dǎo)體光催化劑的改性近幾十年來，光催化技術(shù)快速的發(fā)展，研究者們開發(fā)出了許多具有良好光催化性能的催化材料。但是若想將這些光催化材料在工業(yè)中大規(guī)模的應(yīng)用，還需要解決光催化活性不高，光吸收利用率低，光催化材料的穩(wěn)定性差等問題，因此還需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行改性和修飾。光催化過程中，半導(dǎo)體材料首先在光激發(fā)下產(chǎn)生光生載流子，然后光生載流子有效的分離，最后由電子或空穴參與生成的活性物種在催化劑表面反應(yīng)。因此，為了提高材料的光催化活性常采用的策略有兩種：其一是減小光催化劑的帶隙，使其光吸收范圍更寬；其二是提高光生載流子的分離效率，使光生電荷能更有效的參與光催化反應(yīng)。通過不懈的努力，研究者發(fā)現(xiàn)通過以下幾種手段可有效的提高光催化性能[12-16]。離子摻雜一般而言，金屬氧化物半導(dǎo)體的導(dǎo)帶主要由金屬離子的空軌道構(gòu)成，而價(jià)帶

碳基復(fù)合材料的制備及其在環(huán)境光催化中的應(yīng)用備了 TiO2:Rh/Sb 光催化劑，對(duì)其光化學(xué)和光催化性能的影響，共摻雜后使的 TiO2在可見光區(qū)有一個(gè)吸收帶，帶隙為 2.1 eV，高價(jià) Nb5+、Ta5+或 Sb5+離子等的共摻雜可以有效抑制 Rh4+離子和氧缺陷的形成，提高催化活性。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2781990