光催化技術(shù)是一種新興的半導(dǎo)體催化技術(shù),在能源與處理環(huán)境污染等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。磷鎢酸由于其自身獨(dú)特的電子性能以及結(jié)構(gòu),表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,可以產(chǎn)生大量的活性物種有效地降解污染物。并且磷鎢酸具有較高的穩(wěn)定性,在光催化中具有良好的應(yīng)用前景。本文以磷鎢酸大環(huán)銅((CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2)作為光催化材料,通過(guò)構(gòu)筑不同的光催化異質(zhì)結(jié)來(lái)提高磷鎢酸大環(huán)銅的光催化效率。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)通過(guò)簡(jiǎn)便有效的合成方法成功制備了新型(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-CdS傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。研究表明(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-CdS復(fù)合材料對(duì)四環(huán)素以及羅丹明B(RhB)等污染物具有較好的可見(jiàn)光光催化活性,其中CuPW-CdS-10的光催化性能最好,對(duì)四環(huán)素的降解率達(dá)到79%,而羅丹明B降解效果則達(dá)到91%。并且探究了四環(huán)素降解的中間產(chǎn)物,提出了傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)的光催化機(jī)理,分析了傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)的優(yōu)點(diǎn)以及缺點(diǎn)。(2)為了使體系具有強(qiáng)氧化還原電位,且具有高效的光生電子和空穴分離效率。我們通過(guò)水溶液法合成Z-型(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2/AgCl@Ag異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑。CPA-2樣品可以降解65%的2,4-二硝基苯酚,光催化產(chǎn)H_2的速率為19.28μmolg~(-1)h~(-1)。這充分說(shuō)明Z-型催化劑保留了該體系最佳的氧化還原能力,并且能夠抑制光生電子和空穴的重組,成功的克服了傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)的缺點(diǎn),更進(jìn)一步地加快了光生電子和空穴的分離。(3)(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-Fe_2O_3不僅克服了磷鎢酸的紫外光響應(yīng)和易溶解的缺點(diǎn),而且同時(shí)克服了大環(huán)銅在光芬頓降解條件下的自降解。并且該體系具有非常優(yōu)異的光催化性能,能在120 min內(nèi)降解98%以上的酚類(lèi)污染物。我們探究了該體系光芬頓降解不同酚類(lèi)物質(zhì)的速率,并進(jìn)一步了提出合理的光芬頓機(jī)理。(4)通過(guò)水溶液法成功地合成了(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-TiO_2光催化劑。通過(guò)XRD,SEM,DRS,TEM等表征手段對(duì)(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2-TiO_2進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TiO_2已經(jīng)成功負(fù)載到了(CuC_(10)H_(26)N_6)_3(PW_(12)O_(40))_2上。并且對(duì)該復(fù)合體系進(jìn)行了光催化分解水測(cè)試,提出了相應(yīng)的光催化分解水機(jī)理。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：O643.36;O644.1;X505
【部分圖文】：

?裟蘢?懷傻縋埽?傭?紙饉???餛?脫跗????1.1a, b）[37-39]。光催化也可以降解有機(jī)污染物（圖1.1c）[40-42]，或者是將二氧化碳還原成有機(jī)燃料（圖 1.1d）[43-45]。由于太陽(yáng)能的可持續(xù)性，光催化技術(shù)在解決能源危機(jī)和處理環(huán)境污染等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。然而，想讓光催化技術(shù)應(yīng)用于能源和環(huán)境處理等領(lǐng)域也絕非易事。首先，太陽(yáng)光必須有足夠的能量來(lái)激發(fā)半導(dǎo)體材料價(jià)帶中的電子，使其躍遷到導(dǎo)帶。其次，光催化劑的價(jià)帶和導(dǎo)帶的氧化還原電位必須大于目標(biāo)物的氧化還原電位。前者表明

圖 1.2 傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)的電子傳遞圖[46]植物的光合作用可以將 H2O 和 CO2轉(zhuǎn)化為質(zhì)結(jié)材料的光催化過(guò)程。如圖 1.3 所示，電子。與傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)材料不同的是，PS I空穴復(fù)合，這樣一來(lái) PS II 和 PS I 分別保留導(dǎo)帶中的光生電子用于還原 CO2，而 PS I該體系為 Z-型光催化體系，具有很強(qiáng)的氧隙半導(dǎo)體獲得的 Z-型光催化體系既可以實(shí)強(qiáng)可見(jiàn)光的吸收。

圖 1.2 傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)的電子傳遞圖[46]異質(zhì)結(jié)界中，植物的光合作用可以將 H2O 和 CO2轉(zhuǎn)化為碳水化合于 Z-型異質(zhì)結(jié)材料的光催化過(guò)程。如圖 1.3 所示，在太陽(yáng)光被激發(fā)出電子。與傳統(tǒng)異質(zhì)結(jié)材料不同的是，PS II 導(dǎo)帶中的 價(jià)帶上與空穴復(fù)合，這樣一來(lái) PS II 和 PS I 分別保留著自身最。PS I 的導(dǎo)帶中的光生電子用于還原 CO2，而 PS II 價(jià)帶中的。因此，該體系為 Z-型光催化體系，具有很強(qiáng)的氧化還原性兩個(gè)窄帶隙半導(dǎo)體獲得的 Z-型光催化體系既可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的有利于增強(qiáng)可見(jiàn)光的吸收。
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