發(fā)布時間：2018-04-23 18:10

  本文選題：光催化 + 石墨烯雜化材料　； 參考：《上海電力學(xué)院》2017年碩士論文

【摘要】：進入21世紀(jì)后,能源和環(huán)境問題制約著人類的可持續(xù)發(fā)展,如何控制和治理這兩大難題已經(jīng)成為人類社會研究的重點。如今,化學(xué)的主要目標(biāo)之一就是利用高能量效率的路線去替代對環(huán)境有害的過程,從而完全避免有害化學(xué)品的生產(chǎn)和使用,并最終達到高產(chǎn)的目的。在能量轉(zhuǎn)換和凈化環(huán)境方面,半導(dǎo)體光催化技術(shù)被認(rèn)為是一種能有效利用太陽能的綠色技術(shù):它不僅包括利用太陽光分解水制氫,得到清潔的能源;而且還包括降解有機污染物,解決環(huán)境污染問題。開發(fā)太陽光全波段響應(yīng)的光催化劑是實現(xiàn)光催化劑產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的一個重要前提。這是由于大多數(shù)光催化劑只對紫外光區(qū)有響應(yīng),而紫外光在太陽光中所占比例小,約為5%,因此,太陽光不能得到有效的利用。目前,提高光量子效應(yīng),開發(fā)高效全波段響應(yīng)的光催化劑已經(jīng)成為光催化領(lǐng)域的重點與難點。本文通過對光催化材料進行復(fù)合改性,降低了電子-空穴的再結(jié)合率,擴展了光催化劑對太陽光的響應(yīng)范圍,提高了光催化材料的性能,并考慮了催化材料的光腐蝕機理,取得了以下成果:第一,采用二次溶膠-凝膠法制備出了石墨烯納米帶(GNR)復(fù)合二氧化鈦(TiO_2)和石墨相氮化碳(g-C_3N_4)的三維異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,實驗方法如下:將p25溶解于過氧化氫(h2o2)與氨水(nh3?h2o)混合溶液中,溶液攪拌至黃色澄清,加入氮化碳(g-c3n4),待溶液渾濁,離心洗凈,再加入去離子水和經(jīng)過超聲處理的石墨烯納米帶(gnr),攪拌后于反應(yīng)釜中反應(yīng),再經(jīng)過離心、洗凈、烘干處理后,于氮氣(n2)氛圍下煅燒,即得產(chǎn)品。所制備的gnr-tio2/g-c3n4三維復(fù)合材料對可見光有明顯響應(yīng),并在降解亞甲基藍(lán)(mb)的過程中表現(xiàn)出比相同條件下制備的tio2,g-c3n4和tio2/g-c3n4更高的光催化活性。其光催化活性的提高歸因于諸多因素:首先,tio2/g-c3n4二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的載離子分離率高于純的tio2和g-c3n4;其次,gnr的存在為三維材料提供了更大的比表面積,有效的分離了空穴-電子對,提高了光催化性能。第二,由于無毒性和光化學(xué)穩(wěn)定性,eg值約為2.4-2.5ev的n型單斜晶體釩酸鉍(bivo4)已經(jīng)被科研工作者作為能有效轉(zhuǎn)化太陽能的光催化材料。然而,純相的bivo4的光激發(fā)電子-空穴對分離效率低,因此表現(xiàn)出低的光催化效率。我們可以通過摻雜或加入助催化劑對材料進行改性,或者通過負(fù)載或制造異質(zhì)結(jié)構(gòu),來改善光催化效率。特別地,在眾多摻雜情況中,通過摻雜w或mo到bivo4上顯著提升了催化劑的光活性,這是因為bivo4晶格中的w或mo原子可以引起電荷轉(zhuǎn)移電阻的顯著降低,并增加載流子濃度。石墨烯可以作為新的半導(dǎo)體支持物,這是因為它是只有一個原子厚度層的二維碳片,且具有許多獨特的性質(zhì),例如高的電荷載流子遷移率,大比表面積,高透明度和高柔性。石墨烯是典型的共軛sp2鍵碳網(wǎng)結(jié)構(gòu),且石墨碳可以增強半導(dǎo)體顆粒中光生電子的傳輸,導(dǎo)致系統(tǒng)的光轉(zhuǎn)換效率增加。到目前為止,已經(jīng)有許多關(guān)于石墨烯/BiVO_4光催化劑的報道。令人感興趣的是,摻雜的BiVO_4的帶隙與石墨烯之間得到良好的匹配,可更有效的分離電荷載流子。第三,高效的光催化劑應(yīng)該滿足高效的電子-空穴對分離,對可見光有響應(yīng)等特點。我們在沒有電子介體存在的條件下,制備出了Z-型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光催化劑,該光催化劑是由兩個對可見光有響應(yīng)的催化劑組成:即將CdS納米顆粒長在了BiVO_4納米線(BiVO_4 NWs)上。該復(fù)合材料相較純相的CdS和BiVO_4 NWs,具有更寬的光吸收范圍,并在可見光照射下,有優(yōu)異的析氫性能。與純的CdS相比,CdS/BiVO_4 NWs(其中,Cd S與BiVO_4的質(zhì)量比為1:2)具有兩倍以上的析氫性能。與此同時,Z-型的CdS/BiVO_4NWs復(fù)合材料的主要氧化位點在BiVO_4 NWs上,從而避免了CdS的腐蝕。
[Abstract]:After twenty-first Century, energy and environmental problems restrict the sustainable development of human beings. How to control and control these two major problems has become the focus of human social research. Now, one of the main objectives of chemistry is to use the high energy efficiency route instead of the harmful environment to the environment, thus completely avoiding the production of harmful chemicals. In the energy conversion and purification environment, the semiconductor photocatalysis technology is considered as a green technology that can effectively utilize the solar energy. It not only includes the use of sunlight to decompose water and get clean energy, but also includes reducing organic pollutants, solving environmental pollution problems, and developing the sun. The photocatalyst in the light full band response is an important prerequisite for the industrialization of photocatalyst. This is due to the response of most photocatalysts only to the UV light region, and the proportion of ultraviolet light in the solar light is small, about 5%. Therefore, the solar light can not be effectively used. At present, the effect of light quantum is improved and the efficiency of the whole band is developed. The responsive photocatalyst has become a key and difficult point in the field of photocatalysis. In this paper, the recombination of photocatalytic materials has been modified to reduce the re binding rate of the electron hole, expand the response range of the photocatalyst to the sunlight, improve the performance of the photocatalytic material, and consider the mechanism of the photocatalytic corrosion. Fruit: first, the three-dimensional heterostructure composites of graphene nanoribbons (GNR) composite titanium dioxide (GNR) composite titanium dioxide (TiO_2) and graphite phase carbon nitride (g-C_3N_4) were prepared by the sol-gel method. The experimental method was as follows: the solution was dissolved in the mixed solution of hydrogen peroxide (H2O2) and ammonia (NH3? H2O), and the solution was stirred to yellow and added to carbon nitride (g-c3n) (g-c3n). 4), when the solution is turbidity and centrifuged, then the deionized water and the graphene nanoscale (GNR), which are treated by ultrasonic treatment, are stirred and reacted to the reaction kettle, then centrifuged, cleaned and dried, and then calcined in the atmosphere of nitrogen (N2), that is, the product is obtained. The prepared gnr-tio2/g-c3n4 composite material has a clear response to the visible light and is degraded. In the process of methylene blue (MB), the photocatalytic activity of TiO2, g-c3n4 and tio2/g-c3n4 is higher than that of the same conditions. The enhancement of photocatalytic activity is attributed to many factors: first, the ion separation rate of the tio2/g-c3n4 two-dimensional heterostructure is higher than that of pure TiO2 and g-c3n4; secondly, the existence of GNR provides a larger three-dimensional material. The specific surface area can effectively separate the hole electron pair and improve the photocatalytic performance. Second, because of non-toxic and photochemical stability, the N type monoclinic bismuth vanadium vanadate (BiVO4) with a eg value of about 2.4-2.5ev has been used as a photocatalytic material for the efficient conversion of solar energy by the researchers. However, the photoexcited electron hole bisection of the pure phase BiVO4 is made. The efficiency is low, so the photocatalytic efficiency is low. We can improve the photocatalytic efficiency by doping or adding the co catalyst to the material, or by loading or making the heterogeneous structure to improve the photocatalytic efficiency. In a large number of doping cases, the photocatalytic activity of the catalyst is greatly enhanced by doping w or Mo to BiVO4, which is due to the BiVO The w or Mo atoms in the 4 lattice can cause a significant reduction in the charge transfer resistance and increase the carrier concentration. Graphene can be used as a new semiconductor support, because it is a two-dimensional carbon sheet with only one atomic thickness layer and has many unique properties, such as high charge carrier mobility, large surface area, high transparency. And high flexibility. Graphene is a typical conjugated SP2 bond carbon network structure, and graphite carbon can enhance the transmission of photogenerated electrons in semiconductor particles and increase the efficiency of optical conversion of the system. So far, there have been a lot of reports about the /BiVO_4 photocatalyst of graphene. It is interesting that the band gap of the doped BiVO_4 and the graphene are between them. Good matching can be used to separate charge carriers more effectively. Third, high efficient photocatalyst should meet the characteristics of high efficient electron hole pair separation and response to visible light. We have prepared a Z- type heterostructure PHOTOACTIVATOR under the absence of electronic medium. The photocatalyst is activated by two visible light. The corresponding catalyst composition: the CdS nanoparticles are about to grow on the BiVO_4 nanowire (BiVO_4 NWs). The composite has a wider optical absorption range than the pure phase CdS and BiVO_4 NWs, and has excellent hydrogen evolution performance under visible light. Compared with the pure CdS, CdS/BiVO_4 NWs is two times more than that of the Cd S and the mass ratio. At the same time, the main oxidation sites of Z- type CdS/BiVO_4NWs composites are on BiVO_4 NWs, thus avoiding the corrosion of CdS.

【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O643.36;O644.1

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本文編號：1793046