【摘要】：空氣污染已經(jīng)成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展不可忽視的嚴(yán)峻問(wèn)題。低濃度的NOx排放到空氣中,不僅威脅著人類(lèi)健康生活,而且會(huì)導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧和PM2.5等二次污染的環(huán)境問(wèn)題�？梢�(jiàn)光催化技術(shù)作為一種環(huán)保,可直接利用清潔的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng),對(duì)于低濃度污染物的凈化具有極大的應(yīng)用前景。因此,為了能實(shí)現(xiàn)光催化技術(shù)的環(huán)境應(yīng)用,所使用的光催化劑不僅需要擁有高效可見(jiàn)光催化性能,還應(yīng)滿足性能穩(wěn)定,低成本,儲(chǔ)量豐富,廉價(jià)易制備等方面的要求。陶瓷,玻璃和建筑水泥是身邊隨處可見(jiàn)的廉價(jià)材料,其主要成分多為地球上含量豐富、便宜易得的絕緣體,如:CaSO_4,SrCO_3,BaCO_3等。這些材料之所以被稱為絕緣體,僅僅是因?yàn)樗鼈兊慕麕挾缺劝雽?dǎo)體材料的更寬一些,自然狀態(tài)下太陽(yáng)光中的光子能量不足以將其激發(fā)。因此,光催化研究者幾乎沒(méi)有將其考慮作為光催化劑,從而一直被忽視。最近,董帆等人發(fā)現(xiàn)有缺陷的絕緣體,由于在禁帶中有缺陷介導(dǎo)的中間能級(jí)的形成,在紫外光照射下顯示出良好的光催化活性。如果對(duì)絕緣體材料進(jìn)行改性,使其具有高效可見(jiàn)光催化作用,那么絕緣體將會(huì)成為最佳光催化劑候選者。因此,借鑒對(duì)寬帶隙半導(dǎo)體光催化劑改性的方法,本文中我們采用構(gòu)建絕緣體基異質(zhì)結(jié)的方法,誘導(dǎo)光生電子從半導(dǎo)體高效分離、轉(zhuǎn)移至絕緣體,實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的可見(jiàn)光催化性能。我們利用常溫化學(xué)沉淀法制備絕緣體碳酸鋇和碘氧化鉍復(fù)合的絕緣體-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié),通過(guò)緊密結(jié)合界面處原子之間的共價(jià)相互作用,預(yù)先形成電荷傳輸通道,利用電勢(shì)差驅(qū)動(dòng)光生電子被有效分離并定向傳輸至絕緣體導(dǎo)帶。這些大量的自由電子促進(jìn)自由基的生成,將NO優(yōu)先氧化為高價(jià)態(tài)中間產(chǎn)物,促進(jìn)終產(chǎn)物的生成。構(gòu)建含有大量自由電子的硫酸鈣-碘氧化鉍異質(zhì)結(jié)界面,利用實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方法,探究絕緣體基異質(zhì)結(jié)界面富電子環(huán)境對(duì)光催化NO凈化反應(yīng)過(guò)程的影響,發(fā)現(xiàn)界面富電子環(huán)境可以將難凈化污染物有效活化后,促進(jìn)其向終產(chǎn)物轉(zhuǎn)化,而且可以生成新的活性物種為惰性污染物提供新的轉(zhuǎn)化途徑,從而達(dá)到高效、無(wú)毒的光催化凈化過(guò)程。此外,絕緣體基異質(zhì)結(jié)光催化凈化Nox反應(yīng)機(jī)理仍未被探究,我們基于原位紅外表征手段闡明絕緣體基異質(zhì)結(jié)光催化凈化NO反應(yīng)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)絕緣體基異質(zhì)結(jié)能通過(guò)NO→NO~+和NO_2~+→硝酸鹽或亞硝酸鹽的路徑高效將NO轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的終產(chǎn)物。這為探索地球含量豐富的絕緣體作為可見(jiàn)光催化提供了大量機(jī)會(huì),并且還提供了對(duì)氣相光催化和控制空氣污染中的作用機(jī)制的新理解。
【學(xué)位授予單位】：重慶工商大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X701
【圖文】：

第一章 緒論構(gòu)建一個(gè)能引導(dǎo)電子和空穴向相反方向轉(zhuǎn)移的內(nèi)建電場(chǎng)（如圖 1.1 所示）高于或等于光催化劑帶隙的光子照射 p-n 異質(zhì)結(jié)時(shí)，光生電子-空穴對(duì)能荷區(qū)域中的內(nèi)建電場(chǎng)快速分離。在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，電子將轉(zhuǎn)移到 n 型材上，空穴將轉(zhuǎn)移到 p 型材料的價(jià)帶上[57]。在這種 p-n 型異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)中，優(yōu)點(diǎn)：（1）電荷可以有效分離；（2）電荷可以快速轉(zhuǎn)移到催化劑上；（3）命較長(zhǎng)；（4）局部不相容的還原和氧化反應(yīng)在納米空間中被分離[56]。這些 p-n 型異質(zhì)結(jié)具有更強(qiáng)的光催化性能。除了 p-n 異質(zhì)結(jié)構(gòu)，還有非 p-n 異其中最適合光催化應(yīng)用的是交錯(cuò)能帶結(jié)構(gòu)類(lèi)型[47]。

標(biāo)準(zhǔn) NO、飽和水蒸氣和高純度空氣進(jìn)行配氣。模擬 NO 的濃度范~1000ppb（通過(guò)美國(guó)熱電 NO 分析儀測(cè)定），相對(duì)濕度為 30~80%。通過(guò)調(diào)路的流量，對(duì)濕度和污染物的濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)采用標(biāo)準(zhǔn)空氣和原始濃度為（1ppm=1mg/m3）的 NO 標(biāo)準(zhǔn)氣體來(lái)配置低濃度的 NO。調(diào)節(jié)空氣流速為in，NO 氣體流速為 15mL/min，通過(guò)三通閥將空氣流和 NO 氣流混合。將 NO 通入反應(yīng)器中，待達(dá)到吸附-脫附平衡后開(kāi)燈。利用 NOx 分析儀（Thentific，42i-TL，美國(guó)）每隔 1min 進(jìn)行采樣檢測(cè)并記錄 NO，NO2以及 NOxO2）的濃度。反應(yīng)裝置如圖 2.1 所示。光催化凈化穩(wěn)定性評(píng)價(jià)：對(duì)可見(jiàn)光催化活性優(yōu)異的催化劑，連續(xù)光照 24分析催化劑在光照下的光化學(xué)穩(wěn)定性。NO 的去除率（η）可用下式計(jì)算：η（%）=（1 C/C0） 100%，C 代表開(kāi)燈后反應(yīng)器出口處的 NO 濃度,C0代表開(kāi)燈前達(dá)到吸附解吸平O 濃度。

圖 2.2 原位紅外裝置示意圖.Figure 2.2 The designed reaction system for the in situ DRIFTS signal recording.

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2744309