【摘要】：隨著全球化的發(fā)展,我們對(duì)能源的需求越來(lái)越多,然而,自然界中可利用的能源的含量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于人們的需求。因此尋找和研發(fā)可持續(xù)能源,這是十分重要也是非常必要的。在眾多半導(dǎo)體光催化劑中商用二氧化鈦(P25)因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐光腐蝕、催化活性高、氧化能力強(qiáng)、價(jià)格低廉、無(wú)毒;并且Ti02半導(dǎo)體可以應(yīng)用于太陽(yáng)能電池把太陽(yáng)能有效的轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。Ti02納米材料因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒和能有效去除大氣和水中的污染物而成為解決能源和環(huán)境問(wèn)題的理想材料,并引起了各國(guó)研究者廣泛的興趣。但是由它較大的禁帶寬度(3.2 eV)導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)光的吸收只有紫外光部分,而紫外光只占太陽(yáng)光的很小一部分,因此非常影響它的使用效率與潛在應(yīng)用價(jià)值。這就需要我們?cè)谘芯窟^(guò)程中,要找到一個(gè)合適的思想和辦法去改善它的缺點(diǎn),優(yōu)化它的性能,使它能更好的應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)和操作過(guò)程。隨著納米技術(shù)的發(fā)展,實(shí)驗(yàn)室在制備Ti02納米材料技術(shù)上,已經(jīng)能可控制備粒徑較小,形貌均一的半導(dǎo)體納米材料。在本論文中,我們報(bào)告了表面碳化的Ti02 NFs,通過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD),實(shí)現(xiàn)了C和Ti02NFs兩者之間的協(xié)同作用,既調(diào)節(jié)了光學(xué)帶隙又增強(qiáng)了電子轉(zhuǎn)移能力,最終體高了光催化性能。通過(guò)第一原理計(jì)算,結(jié)果表明,在引入碳以后,C和Ti02NFs之間確定形成碳氧雙鍵(主要是C=O)接口,成為能帶結(jié)構(gòu)和局部電荷分布的調(diào)制器,促進(jìn)了光催化劑在可見光區(qū)的敏感性,加快了光電子轉(zhuǎn)移到表面,從而提高了光催化降解重金屬鉻離子的溶液的活性。綜上所述,以我們的實(shí)驗(yàn)室條件,我們以二氧化鈦為原材料設(shè)計(jì)了一系列的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑用于光裂解水產(chǎn)氫以及污水處理。具體細(xì)節(jié)內(nèi)容如下:1、利用靜電紡絲的方法制備TiO2納米纖維,其不同于其他Ti02納米材料的有點(diǎn)在于以下幾點(diǎn):Ti02納米纖維因其獨(dú)特的纖維結(jié)構(gòu)而擁有很大的比表面積,這個(gè)優(yōu)異的特點(diǎn)使其在光催化過(guò)程中有效的分離光照所產(chǎn)生的載流子,使得電子和空穴各盡其責(zé)。2、Ti02納米纖維具有很強(qiáng)的還原重金屬離子以及光催化降解有機(jī)染料的能力,并且能夠做到循環(huán)再利用,體現(xiàn)其高效的可利用性。3、用TiO2納米纖維材料作為基材料,利用化學(xué)氣相沉積法(CVD)和其他材料兩步合成異質(zhì)結(jié),異質(zhì)結(jié)所形成的新能帶結(jié)構(gòu)則可充分地吸收太陽(yáng)光,從而提高光催化效率。
[Abstract]:With the development of globalization, we need more and more energy. However, the amount of energy available in nature is far less than that of people. Therefore, it is very important and necessary to find and develop sustainable energy. Among many semiconductor photocatalysts, commercial titanium dioxide (P25) is characterized by its stable chemical properties, high photo-corrosion resistance, high catalytic activity, strong oxidation ability, low price and non-toxic. And Ti02 semiconductors can be used in solar cells to convert solar energy efficiently into chemical energy. Ti02 nanomaterials are stable because of their chemical properties. Non-toxic and effective removal of pollutants in the atmosphere and water has become an ideal material for solving energy and environmental problems, and has attracted extensive interest of researchers all over the world. However, due to its large bandgap (3.2 EV), the absorption of solar light is only part of ultraviolet light, and ultraviolet light only accounts for a small part of the solar light, so it has a great impact on its efficiency and potential application value. This requires us to find a suitable idea and method to improve its shortcomings, optimize its performance, and make it more applicable to the actual production and operation process in the research process. With the development of nanotechnology, the laboratory has been able to control the preparation of Ti02 nanomaterials with smaller particle size and uniform morphology. In this paper, we report the surface carbonation of Ti02 NFS. The synergistic effect between C and Ti02NFs is realized by chemical vapor deposition (CVD),) method, which not only adjusts the optical band gap but also enhances the electron transfer ability, and finally increases the photocatalytic performance. Through the first principle calculation, the results show that the carbon-oxygen double bond (mainly CIO) interface is formed between C and Ti02NFs after the introduction of carbon, which becomes a modulator with energy band structure and local charge distribution, which promotes the sensitivity of photocatalyst in the visible region. The photoelectron transfer to the surface increases the photocatalytic activity of the solution for the degradation of heavy metal chromium ion. In conclusion, under our laboratory conditions, we designed a series of semiconductor heterostructure photocatalysts for photocracking of aquatic hydrogen and sewage treatment using titanium dioxide as raw material. The specific details are as follows: 1. TiO2 nanofibers are prepared by electrospinning, which is different from other Ti02 nanomaterials in that the following points: Ti02 nanofibers have a large specific surface area due to their unique fiber structure. This excellent feature enables it to effectively separate carriers produced by light in the photocatalytic process, making the electrons and holes do their part in the reduction of heavy metal ions and photocatalytic degradation of organic dyes. And it can be recycled to reflect its high availability. The TiO2 nanofiber material is used as the base material. The heterojunction is synthesized by chemical vapor deposition (CVD) and other materials in two steps. The new energy band structure formed by the heterojunction can fully absorb solar light and improve the photocatalytic efficiency.
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB383.1;O643.36

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本文編號(hào)：2153320