【摘要】：空氣污染已經(jīng)成為社會可持續(xù)發(fā)展不可忽視的嚴峻問題。低濃度的NOx排放到空氣中,不僅威脅著人類健康生活,而且會導致酸雨、光化學煙霧和PM2.5等二次污染的環(huán)境問題�？梢姽獯呋夹g作為一種環(huán)保,可直接利用清潔的太陽能驅動,對于低濃度污染物的凈化具有極大的應用前景。因此,為了能實現(xiàn)光催化技術的環(huán)境應用,所使用的光催化劑不僅需要擁有高效可見光催化性能,還應滿足性能穩(wěn)定,低成本,儲量豐富,廉價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的廉價材料,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,僅僅是因為它們的禁帶寬度比半導體材料的更寬一些,自然狀態(tài)下太陽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的中間能級的形成,在紫外光照射下顯示出良好的光催化活性。如果對絕緣體材料進行改性,使其具有高效可見光催化作用,那么絕緣體將會成為最佳光催化劑候選者。因此,借鑒對寬帶隙半導體光催化劑改性的方法,本文中我們采用構建絕緣體基異質結的方法,誘導光生電子從半導體高效分離、轉移至絕緣體,實現(xiàn)優(yōu)異的可見光催化性能。我們利用常溫化學沉淀法制備絕緣體碳酸鋇和碘氧化鉍復合的絕緣體-半導體異質結,通過緊密結合界面處原子之間的共價相互作用,預先形成電荷傳輸通道,利用電勢差驅動光生電子被有效分離并定向傳輸至絕緣體導帶。這些大量的自由電子促進自由基的生成,將NO優(yōu)先氧化為高價態(tài)中間產(chǎn)物,促進終產(chǎn)物的生成。構建含有大量自由電子的硫酸鈣-碘氧化鉍異質結界面,利用實驗和理論計算相結合的方法,探究絕緣體基異質結界面富電子環(huán)境對光催化NO凈化反應過程的影響,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,促進其向終產(chǎn)物轉化,而且可以生成新的活性物種為惰性污染物提供新的轉化途徑,從而達到高效、無毒的光催化凈化過程。此外,絕緣體基異質結光催化凈化Nox反應機理仍未被探究,我們基于原位紅外表征手段闡明絕緣體基異質結光催化凈化NO反應過程,發(fā)現(xiàn)絕緣體基異質結能通過NO→NO~+和NO_2~+→硝酸鹽或亞硝酸鹽的路徑高效將NO轉化為無毒的終產(chǎn)物。這為探索地球含量豐富的絕緣體作為可見光催化提供了大量機會,并且還提供了對氣相光催化和控制空氣污染中的作用機制的新理解。
【學位授予單位】：重慶工商大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X701
【圖文】：

第一章 緒論構建一個能引導電子和空穴向相反方向轉移的內建電場（如圖 1.1 所示）高于或等于光催化劑帶隙的光子照射 p-n 異質結時，光生電子-空穴對能荷區(qū)域中的內建電場快速分離。在電場的驅動下，電子將轉移到 n 型材上，空穴將轉移到 p 型材料的價帶上[57]。在這種 p-n 型異質結的結構中，優(yōu)點：（1）電荷可以有效分離；（2）電荷可以快速轉移到催化劑上；（3）命較長；（4）局部不相容的還原和氧化反應在納米空間中被分離[56]。這些 p-n 型異質結具有更強的光催化性能。除了 p-n 異質結構，還有非 p-n 異其中最適合光催化應用的是交錯能帶結構類型[47]。

標準 NO、飽和水蒸氣和高純度空氣進行配氣。模擬 NO 的濃度范~1000ppb（通過美國熱電 NO 分析儀測定），相對濕度為 30~80%。通過調路的流量，對濕度和污染物的濃度進行調節(jié)采用標準空氣和原始濃度為（1ppm=1mg/m3）的 NO 標準氣體來配置低濃度的 NO。調節(jié)空氣流速為in，NO 氣體流速為 15mL/min，通過三通閥將空氣流和 NO 氣流混合。將 NO 通入反應器中，待達到吸附-脫附平衡后開燈。利用 NOx 分析儀（Thentific，42i-TL，美國）每隔 1min 進行采樣檢測并記錄 NO，NO2以及 NOxO2）的濃度。反應裝置如圖 2.1 所示。光催化凈化穩(wěn)定性評價：對可見光催化活性優(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穩(wěn)定性。NO 的去除率（η）可用下式計算：η（%）=（1 C/C0） 100%，C 代表開燈后反應器出口處的 NO 濃度,C0代表開燈前達到吸附解吸平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】

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本文編號：2744309