本文關(guān)鍵詞：多金屬氧化物納米結(jié)構(gòu)的制備及其光催化性能研究

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【摘要】：當今社會,為了應(yīng)對能源短缺與環(huán)境污染這兩個人類社會所面臨的重大問題,清潔和可再生能源技術(shù)的研究與應(yīng)用迫在眉睫。在此背景下,太陽能和氫能作為綠色無污染的新能源受到了越來越多的關(guān)注。光催化在光降解污染物和光分解水產(chǎn)氫方面極具應(yīng)用前景,但傳統(tǒng)的TiO_2光催化劑禁帶寬度(3.2 eV)太寬,只能吸收紫外光,使其應(yīng)用受到了限制。WO_3和ZnFe2O4是典型的禁帶寬度較窄的半導(dǎo)體材料,其相應(yīng)的禁帶寬度分別為2.5～3.0 eV和1.8～2.0 eV,但是其光催化性能較差。為了提高它們的光催化性能,本文分別制備及改性了WO_3和ZnFe2O4納米結(jié)構(gòu),主要的研究內(nèi)容如下：1.本文利用多金屬離子吸附和碳球模板法制備了Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)、ZnFe2O4納米結(jié)構(gòu)和ZnFe2O4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu),并探討組成成分、納米結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)分別對其光催化降解以及光催化分解水性能的影響。2.本文制備的Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)空心球具有良好的結(jié)晶性能和較大的比表面積,且可以通過控制Fe元素的摻雜濃度來調(diào)控納米結(jié)構(gòu)的禁帶寬度,進而增強其對可見光的吸收；DFT計算表明通過Fe摻雜形成的帶間能級是改變禁帶寬度的主要原因。研究了Fe的摻雜濃度對其光降解性能的影響,并探討了Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)光降解機理以及適當?shù)腇e的摻雜濃度可以增強其光降解性能的原因。3.本文制備的ZnFe2O4納米空心結(jié)構(gòu)具有納米量級的晶粒尺寸以及較大的比表面積,這可以顯著地提高ZnFe2O4納米結(jié)構(gòu)的光分解水產(chǎn)氫效率。為了進一步提高ZnFe2O4納米結(jié)構(gòu)的光分解水性能,制備了具有相同空心球結(jié)構(gòu)的ZnFe2O4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)。研究了組分比例和晶粒大小對其光催化分解水產(chǎn)氫性能的影響,探究了ZnFe2O4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光分解水機理,研究發(fā)現(xiàn)納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以顯著地促進光生電子空穴對的分離,進而提高其光催化分解水產(chǎn)氫效率。
【關(guān)鍵詞】：WO_3 ZnFe_2O_4 納米結(jié)構(gòu) 納米異質(zhì)結(jié)構(gòu) 光降解 光分解水產(chǎn)氫
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1;O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 半導(dǎo)體光催化基礎(chǔ)12-18
• 1.2.1 光催化降解基本原理12-13
• 1.2.2 光催化分解水基本原理13-16
• 1.2.3 光電化學分解水基本原理16-17
• 1.2.4 光分解水的性能評價17-18
• 1.3 光催化的研究進展18-26
• 1.3.1 禁帶寬度工程18-21
• 1.3.2 納米化工程21-23
• 1.3.3 表面工程23-24
• 1.3.4 界面工程一異質(zhì)結(jié)24-26
• 1.4 WO_3和ZnFe_2O_4材料概述26-27
• 1.4.1 WO_3材料概述26
• 1.4.2 ZnFe_2O_4材料概述26-27
• 1.5 本文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容27-29
• 第二章 樣品的制備、表征與光催化性能測試29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 實驗儀器設(shè)備及試劑29-31
• 2.2.1 實驗儀器設(shè)備29-30
• 2.2.2 實驗化學試劑30-31
• 2.3 碳球模板及WO_3和ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)的制備方法31-32
• 2.3.1 制備膠體碳球的方法31
• 2.3.2 碳球模板法制備及WO_3和ZnFe_2O_4納米空心球結(jié)構(gòu)的機理31-32
• 2.3.3 制備WO_3和ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)的的實驗過程32
• 2.4 樣品的表征方法32-34
• 2.5 樣品的光催化性能測試34-39
• 2.5.1 光降解性能測試34-36
• 2.5.2 光催化分解水產(chǎn)氫測試36-39
• 第三章 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的制備及光降解性能研究39-57
• 3.1 引言39-40
• 3.2 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的制備、表征及光降解性能測試40-41
• 3.2.1 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的制備方法40-41
• 3.2.2 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的表征手段41
• 3.2.3 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)光降解測試方法41
• 3.2.4 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的密度泛函理論計算方法41
• 3.3 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的物相表征與分析41-48
• 3.3.1 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的形貌、成分和結(jié)構(gòu)41-45
• 3.3.2 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)、光學性質(zhì)和比較面積45-48
• 3.4 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的光催化性能評價與分析48-53
• 3.4.1 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的光催化性能評價48-51
• 3.4.2 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的光催化性能分析51-53
• 3.5 Fe摻雜WO_3納米結(jié)構(gòu)的密度泛函理論計算結(jié)果分析53-55
• 3.6 本章小結(jié)55-57
• 第四章 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)及ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備及其光分解水制氫性能研究57-77
• 4.1 引言57-58
• 4.2 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)及ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備、表征及光分解水制氫測試58-59
• 4.2.1 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)及ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法58-59
• 4.2.2 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)及ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表征手段59
• 4.2.3 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)及ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化分解水制氫測試方法59
• 4.3 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)的表征與光分解水制氫性能評價59-64
• 4.3.1 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)的表征與分析59-62
• 4.3.2 ZnFe_2O_4納米結(jié)構(gòu)的光催化分解水產(chǎn)氫性能評價與分析62-64
• 4.4 ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表征與光分解水制氫性能評價64-75
• 4.4.1 ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的表征與分析64-69
• 4.4.2 ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的的光分解水產(chǎn)氫性能評價69-72
• 4.4.3 ZnFe_2O_4/ZnO納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的的光分解水產(chǎn)氫性能機理72-75
• 4.5 本章小結(jié)75-77
• 第五章 結(jié)論與展望77-79
• 參考文獻79-97
• 致謝97-99
• 個人簡歷99-101
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學術(shù)論文與取得的其它研究成果101-102

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