【摘要】：半導(dǎo)體光催化技術(shù)是一種反應(yīng)條件溫和的多功能綠色技術(shù),在解決能源危機(jī)和環(huán)境問題等方面具有廣泛的應(yīng)用潛力。鈣鈦礦型鈦酸鍶(SrTiO_3)材料具有較大的非線性光學(xué)系數(shù)、所耗成本少、反應(yīng)效率高、持久的光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),是最好的N型半導(dǎo)體光催化劑之一。本論文主要圍繞SrTiO_3可見光吸收能力差和光生電子-空穴復(fù)合率高這兩個(gè)問題開展研究,合成了一系列具有特定形貌的SrTiO_3材料,有效提高了SrTiO_3材料的光催化性能。首先,利用一種簡易的同形轉(zhuǎn)化方法制備了一維SrTiO_3納米管。以質(zhì)子化的鈦酸鹽納米管為前驅(qū)體和模板,在水熱條件下合成SrTiO_3納米管。該納米管的管壁呈現(xiàn)出連續(xù)的多層結(jié)構(gòu),內(nèi)外管徑分別為8.0 nm和13.0 nm。通過對SrTiO_3納米管形成機(jī)理的探究發(fā)現(xiàn),SrTiO_3納米管的形成包括Sr~(2+)取代鈦酸鹽納米管中H~+和SrTiO_3納米晶的原位生長兩個(gè)過程。此外,我們還發(fā)現(xiàn)Sr~(2+)的濃度在SrTiO_3納米管的形成過程中起到關(guān)鍵作用;最后,我們對制備的SrTiO_3納米管進(jìn)行光催化性能測試,結(jié)果表明:SrTiO_3納米管具有較高的光催化還原Cr(Ⅵ)效率,在模擬太陽光下,6 h光催化還原Cr(Ⅵ)效率達(dá)到100%。其次,以乙二醇為封蓋劑,通過簡單的水熱法制備出二維Cr摻雜SrTiO_3納米片。該納米片的平面長度大約是100 nm,厚度是20 nm;并且,該納米片具有較高的比表面積。此外,我們考察了不同Cr摻雜量對SrTiO_3納米片光催化性能的影響。研究表明,Cr摻雜可拓展SrTiO_3納米片的光吸收范圍至可見光區(qū)域,加強(qiáng)其對可見光的利用率;在所有的Cr摻雜SrTiO_3納米片樣品中,Cr摻雜量為0.9 wt.%的SrTiO_3納米片表現(xiàn)出最高的光催化還原Cr(Ⅵ)效率,在可見光照射下,3.5 h可還原Cr(Ⅵ)效率達(dá)到92.0%。第三,通過新穎的方法制備出三維多孔的SrTiO_3微球。首先通過水熱法得到類花狀的鈦酸鹽前驅(qū)體,通過簡單的煅燒前驅(qū)體得到三維多孔的SrTiO_3微球。該方法制備的微球,大小均勻,直徑大約是5μm左右;微球的表面和內(nèi)部都有很多蠕蟲狀的孔且SrTiO_3微球是由鈦酸鍶納米晶組成。通過對制備的SrTiO_3微球進(jìn)行光催化性能測試,結(jié)果表明:多孔SrTiO_3微球表現(xiàn)出較高的光催化還原Cr(Ⅵ)效率,在模擬太陽光下,4 h光催化還原Cr(Ⅵ)效率達(dá)到98.8%。本論文不僅為合成特定形貌的SrTiO_3材料提供了新思路,也為高催化活性、高穩(wěn)定性的光催化材料的設(shè)計(jì)提供了借鑒。
【圖文】：

前言年來，隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題日漸突出；化石燃料的日漸枯竭和氣體引起的溫室效應(yīng)等問題引起全球的廣泛關(guān)注[1]。2015 年的一份計(jì)評論報(bào)告指出，石油、天然氣和煤炭仍然是全球的主要燃料。為些問題，我們必須尋找太陽能、風(fēng)能、核能和地?zé)崮艿瓤梢杂行嫒剂系目稍偕茉碵2]。根據(jù)英國石油公司 2016 年世界能源統(tǒng)計(jì)評源提供了全球約 6.7%的電力[2]。在所有可再生能源中，太陽能是最環(huán)保的能源。因此，利用半導(dǎo)體光催化技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能決未來能源危機(jī)和環(huán)境問題的最有價(jià)值的方法之一[2]。并且，前期也印證了半導(dǎo)體光催化技術(shù)在污水處理、自清潔、空氣凈化、光解氧化碳還原等方面都有潛在的應(yīng)用前景這一事實(shí)。光催化原理

圖 1-2（a）零維材料；（b）一維材料；（c）二維材料；（d）三維材料2 (a) Zero dimensional materials; (b) one dimensional materials; (c) two dimmaterials and (d) three dimensional materials.化反應(yīng)過程中，催化劑的形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)是影響光催化性形貌的改變會導(dǎo)致光催化劑的粒子尺寸、比表面積和孔隙率等催化劑對光的利用率和光生載流子的分離效率[7-9]。納米材料維材料、一維材料、二維材料和三維材料。材料（圖 1-2a），如納米顆粒；在光催化的前期研究中，主為主。但由于其在實(shí)際應(yīng)用過程中，易團(tuán)聚，不易回收利用，究相對較少。材料(圖 1-2b)，如納米纖維、納米線和納米棒等。由于其具傳輸距離和沿著軸向傳遞的方向，，從而抑制光生載流子的復(fù)合構(gòu)引起了廣泛關(guān)注。Jiang[10]等通過采用簡易的低溫水熱法， TiO2納米管光催化劑，該納米管光催化劑表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1

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本文編號：2669024