【摘要】：二十世紀(jì)以來(lái),環(huán)境污染日益嚴(yán)重,在處理環(huán)境污染方面,光催化技術(shù)由于其具有工藝簡(jiǎn)單、操作條件易于控制、光催化材料易得、能耗低、無(wú)二次污染和降解物質(zhì)徹底等特點(diǎn),從而引起了人們的廣泛關(guān)注,二氧化鈦(TiO2)因具有強(qiáng)氧化性、無(wú)毒性、光化學(xué)腐蝕性和成本效益等優(yōu)點(diǎn)被作為一種最常見(jiàn)的光催化劑廣泛應(yīng)用于環(huán)境治理。然而,使用二氧化鈦的光催化降解需要連續(xù)的紫外線照射,因此它在光源不存時(shí)是不工作的。為了使TiO2可以在夜間或低透明污水中降解有機(jī)污染物,我們合成一種高效的紫外長(zhǎng)余輝發(fā)光材料CdSiO3:Gd3+,Bi3+。CdSiO3:Gd3+,Bi3+的長(zhǎng)余輝發(fā)光光譜可以通過(guò)改變Bi3+摻雜量調(diào)整,并且最佳樣品余輝光譜的68.7%可以有效的與TiO2的吸收帶重疊。CdSiO3:0.5%Gd3+,0.5%Bi3+的長(zhǎng)余輝發(fā)光時(shí)間可以持續(xù)約6小時(shí)。為了評(píng)估其支持TiO2光催化的能力,我們通過(guò)溶膠凝膠法合成了CdSiO3:Gd3+,Bi3+@TiO2復(fù)合材料。通過(guò)材料表征我們發(fā)現(xiàn)TiO2納米顆粒成功的包覆在塊體CdSiO3:Gd3+,Bi3+材料表面。CdSi O3:Gd3+,Bi3+支持TiO2的光催化能力是通過(guò)分解亞甲基藍(lán)來(lái)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明,高效紫外長(zhǎng)余輝材料CdSiO3:0.5%Gd3+,0.5%Bi3+不僅可以在黑暗環(huán)境中支持TiO2的光催化降解,并且在紫外線照射下,每單位質(zhì)量的TiO2光催化活性也顯著增加。因此,CdSiO3:Gd3+,Bi3+@TiO2復(fù)合材料可作為一種有效的功能型光催化劑在夜間或低透明的污水中處理污染物。然而這個(gè)過(guò)程是一個(gè)間接復(fù)雜的能量傳遞過(guò)程:光源→長(zhǎng)余輝材料→光催化材料,能量傳遞過(guò)程必然伴隨著能量的損失。此外,長(zhǎng)余輝材料的余輝發(fā)光在溶液中存在嚴(yán)重的猝滅作用,并且光催化劑對(duì)余輝光的吸收效率低下,因此可以推斷的是此種方案的能源利用率不高。綜上所述,目前用余輝光支持光催化還有很多迫在眉睫需要被解決的問(wèn)題。結(jié)合光催化和長(zhǎng)余輝的物理化學(xué)過(guò)程,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)新的概念,叫做“長(zhǎng)余催(LPPC)”。根據(jù)這個(gè)概念,我們使用水熱法來(lái)制備首個(gè)長(zhǎng)余催材料MgGa2O4納米棒。RhB分解實(shí)驗(yàn)表明,去除照射光源后置入在黑暗環(huán)境中的MgGa2O4納米棒仍然能夠不斷地降解RhB,雖然目前的MgGa2O4納米棒LPPC效率比較低,這個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)仍然是意義巨大的,如果能夠找到一種高效LPPC材料將解決目前光催化劑不能夠在夜間或者不透明污水中降解污染物的難題。為了解決MgGa2O4材料的效率低下問(wèn)題,我們開(kāi)發(fā)了一種新型高效的LPPC材料:黑色芍藥花狀Bi OCl。研究發(fā)現(xiàn),這種材料能夠在移除可見(jiàn)光后有效降解RhB染料。這個(gè)發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)光催化的全天候應(yīng)用提供了一個(gè)有效的解決方案。這種材料的余催化性能是通過(guò)一系列降解實(shí)驗(yàn)來(lái)評(píng)估,在此基礎(chǔ)上,我們提出了一種可能的LPPC機(jī)理。
【圖文】：

84-85光催化的反應(yīng)過(guò)程正如圖1所示，在光照的作用下，價(jià)帶(VB)中的電子(e-)被激發(fā)到導(dǎo)帶(CB)從而在價(jià)帶中留下一個(gè)空穴(h+)。隨后，導(dǎo)帶中的電子轉(zhuǎn)移到材料的表面在水溶液中與氧化劑(O2)之間的發(fā)生還原反應(yīng)，并且價(jià)帶中的空穴與還原劑(H2O)之間的發(fā)生氧化反應(yīng)，最終的結(jié)果就導(dǎo)致在材料表面生成游離態(tài)的活性基團(tuán)羥基自由基( OH)，，這些活性基團(tuán)溶液中的有機(jī)物發(fā)生二次氧化還原反應(yīng)，降解掉溶解在水中的有機(jī)物。圖1 光催化反應(yīng)機(jī)理圖影響光催化反活性的因素有很多，對(duì)某種特定的光催化材料影響其活性的因素有：光源及光照的強(qiáng)度

在圖 5（a）中可以看出，長(zhǎng)余輝發(fā)光的強(qiáng)度在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)中初始很快下降，然后變慢。僅僅 30 分鐘后，長(zhǎng)余輝發(fā)光的強(qiáng)度下降到初始強(qiáng)度（= 0 秒）的 4.7%。坦率地說(shuō)，由于快速衰減，長(zhǎng)余輝發(fā)光在后期緩慢衰減階段（T>30分鐘）可能太弱，不足以有效的支持光催化分解二氧化鈦。事實(shí)上，真正的有效支持 TiO2光催化降解污染物的時(shí)間我們還需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2580790