三維銅網(wǎng)光催化劑的制備與光催化降解VOCs研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-10 08:51
光催化技術(shù)是一種高效、環(huán)保的去除揮發(fā)性有機(jī)污染物（Volatile Organic Compounds,簡(jiǎn)稱(chēng):VOCs）的技術(shù)。三維定向的結(jié)構(gòu)易于VOCs和O2的擴(kuò)散,有利于光子的吸收。以有效利用太陽(yáng)光,長(zhǎng)期有效去除室內(nèi)VOCs為目標(biāo),針對(duì)粉體催化劑難以固定,在催化降解污染物過(guò)程中易失活等難點(diǎn),通過(guò)簡(jiǎn)單的陽(yáng)極氧化技術(shù)和犧牲模板法,金屬網(wǎng)上原位生長(zhǎng)能響應(yīng)長(zhǎng)波段光的半導(dǎo)體光催化劑。銅網(wǎng)以其本身較為廉價(jià)、導(dǎo)電的特性,其相應(yīng)的半導(dǎo)體光催化劑是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。本研究通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備三維銅網(wǎng)光催化劑并應(yīng)用于室內(nèi)代表性污染物甲苯和甲醛的降解。以商業(yè)銅網(wǎng)為Cu源,原位生長(zhǎng)半導(dǎo)體。具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）通過(guò)陽(yáng)極氧化和自生長(zhǎng)過(guò)程合成三維氧化亞銅納米線（Cu2O NWs/Cu網(wǎng)）光催化劑。施加直流電源在Cu網(wǎng)上沉積Cu顆粒,然后利用陽(yáng)極氧化法,NaOH溶液為電解液,施加0.5 V的電壓氧化1 h后得到Cu2O NPs/Cu網(wǎng)。經(jīng)過(guò)24 h的自生長(zhǎng)和高溫煅燒,得到了開(kāi)放式三維單晶納米線,標(biāo)記為Cu2O NWs/Cu網(wǎng)。...
【文章來(lái)源】：南昌航空大學(xué)江西省
【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光催化原理圖：(a)光催化劑光照后產(chǎn)生電子空穴對(duì)（CB=導(dǎo)帶，VB=價(jià)帶），(b)光催化劑表面的空穴與電子復(fù)合，(c)光催化劑體相內(nèi)空穴與電子復(fù)合，(d)光催化劑表面
圖 1-2 光催化分解水原理圖Fig. 1-2 Schematic diagram of photocatalytic decomposition water傳統(tǒng)能源的耗竭，和它產(chǎn)生大量污染物的缺點(diǎn)，人類(lèi)對(duì)它漸漸失去青睞。氫氣作為一種高效，無(wú)污染和能效高的能源，具備了清潔能源的所有特點(diǎn)，因此它是一種重要的清潔能源。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，催化劑吸收太陽(yáng)光中的能源，作為媒介將太陽(yáng)光能傳導(dǎo)給水，由此水當(dāng)中就會(huì)產(chǎn)生光解作用。如圖 1-2 所示，在半導(dǎo)體能帶位置，太陽(yáng)光照射后產(chǎn)生光生電子從價(jià)帶遷移至導(dǎo)帶，電子與水中的 H+反應(yīng)生成氫氣。2、液相污染物光催化降解該技術(shù)是利用半導(dǎo)體催化劑本身的光電特性，通過(guò)照射激活表面，從而加速光的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。由于半導(dǎo)體顆粒充當(dāng)了氧化還原反應(yīng)的電子傳輸體，因此產(chǎn)生的光生電子與空穴可以直接與大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)�；蛘吲c液體環(huán)境中的 O2、H2O 等反應(yīng)生成活性物種。研究表明，如 TiO2光催化劑可以降解液相中的芳烴[23, 24]、染料[25, 26]、抗生素[27, 28]等污染物。
圖 1-3 光催化降解污染物原理圖Fig. 1-3 Schematic diagram of photocatalytic degradation pollutant1.3 納米氧化亞銅和銅基硫?qū)俑攀?.3.1 氧化亞銅概述1.3.1.1 Cu2O 的性質(zhì)氧化亞銅(Cu2O)是一種繼 TiO2之后無(wú)毒、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性良好的多晶態(tài) p型半導(dǎo)體光催化劑。而決定 Cu2O 是 p 型還是 n 型的關(guān)鍵是取決于 Cu2O 晶體中Cu 空位密度和 O 空位密度。當(dāng) Cu2O 晶體中的 Cu 空位密度較大時(shí)，Cu2O 表現(xiàn)為 p 型，O 空位密度較大時(shí)，表現(xiàn)為 n 型[32, 33]。Cu2O 是銅的低價(jià)態(tài)氧化物，禁帶寬度約為 2.17 eV。在可見(jiàn)光照射下，能夠產(chǎn)生光生載流子，最大化地提高了對(duì)太陽(yáng)光的利用。Cu2O 由于不同的制備方法和顆粒尺寸會(huì)表現(xiàn)出不同的顏色。其基本性質(zhì)如表 1-1。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]TiO2納米帶制備及光催化降解氣相甲苯研究[J]. 吳淑娜,蔣燕,陳清華,辛言君. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù). 2018(09)
[2]氮化碳的制備及光催化分解水制氫性能研究[J]. 韓瑩瑩,何偉培,李泊林,李澤勝,李德豪. 合成材料老化與應(yīng)用. 2018(04)
碩士論文
[1]非化學(xué)計(jì)量硒化銅納米顆粒的可控制備及其LSPR性質(zhì)和催化性質(zhì)的研究[D]. 列少青.西南大學(xué) 2014
本文編號(hào)：2908422
【文章來(lái)源】：南昌航空大學(xué)江西省
【文章頁(yè)數(shù)】：73 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光催化原理圖：(a)光催化劑光照后產(chǎn)生電子空穴對(duì)（CB=導(dǎo)帶，VB=價(jià)帶），(b)光催化劑表面的空穴與電子復(fù)合，(c)光催化劑體相內(nèi)空穴與電子復(fù)合，(d)光催化劑表面
圖 1-2 光催化分解水原理圖Fig. 1-2 Schematic diagram of photocatalytic decomposition water傳統(tǒng)能源的耗竭，和它產(chǎn)生大量污染物的缺點(diǎn)，人類(lèi)對(duì)它漸漸失去青睞。氫氣作為一種高效，無(wú)污染和能效高的能源，具備了清潔能源的所有特點(diǎn)，因此它是一種重要的清潔能源。在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，催化劑吸收太陽(yáng)光中的能源，作為媒介將太陽(yáng)光能傳導(dǎo)給水，由此水當(dāng)中就會(huì)產(chǎn)生光解作用。如圖 1-2 所示，在半導(dǎo)體能帶位置，太陽(yáng)光照射后產(chǎn)生光生電子從價(jià)帶遷移至導(dǎo)帶，電子與水中的 H+反應(yīng)生成氫氣。2、液相污染物光催化降解該技術(shù)是利用半導(dǎo)體催化劑本身的光電特性，通過(guò)照射激活表面，從而加速光的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。由于半導(dǎo)體顆粒充當(dāng)了氧化還原反應(yīng)的電子傳輸體，因此產(chǎn)生的光生電子與空穴可以直接與大多數(shù)有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)�；蛘吲c液體環(huán)境中的 O2、H2O 等反應(yīng)生成活性物種。研究表明，如 TiO2光催化劑可以降解液相中的芳烴[23, 24]、染料[25, 26]、抗生素[27, 28]等污染物。
圖 1-3 光催化降解污染物原理圖Fig. 1-3 Schematic diagram of photocatalytic degradation pollutant1.3 納米氧化亞銅和銅基硫?qū)俑攀?.3.1 氧化亞銅概述1.3.1.1 Cu2O 的性質(zhì)氧化亞銅(Cu2O)是一種繼 TiO2之后無(wú)毒、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性良好的多晶態(tài) p型半導(dǎo)體光催化劑。而決定 Cu2O 是 p 型還是 n 型的關(guān)鍵是取決于 Cu2O 晶體中Cu 空位密度和 O 空位密度。當(dāng) Cu2O 晶體中的 Cu 空位密度較大時(shí)，Cu2O 表現(xiàn)為 p 型，O 空位密度較大時(shí)，表現(xiàn)為 n 型[32, 33]。Cu2O 是銅的低價(jià)態(tài)氧化物，禁帶寬度約為 2.17 eV。在可見(jiàn)光照射下，能夠產(chǎn)生光生載流子，最大化地提高了對(duì)太陽(yáng)光的利用。Cu2O 由于不同的制備方法和顆粒尺寸會(huì)表現(xiàn)出不同的顏色。其基本性質(zhì)如表 1-1。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]TiO2納米帶制備及光催化降解氣相甲苯研究[J]. 吳淑娜,蔣燕,陳清華,辛言君. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù). 2018(09)
[2]氮化碳的制備及光催化分解水制氫性能研究[J]. 韓瑩瑩,何偉培,李泊林,李澤勝,李德豪. 合成材料老化與應(yīng)用. 2018(04)
碩士論文
[1]非化學(xué)計(jì)量硒化銅納米顆粒的可控制備及其LSPR性質(zhì)和催化性質(zhì)的研究[D]. 列少青.西南大學(xué) 2014
本文編號(hào)：2908422
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