【摘要】：光催化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能至化學(xué)能的有效轉(zhuǎn)化,應(yīng)用在有機(jī)污染物處理領(lǐng)域,可以將水體中的有機(jī)物污染物分解為無(wú)毒的無(wú)機(jī)產(chǎn)物,有助于解決世界性的環(huán)境問(wèn)題。制備具有合適帶隙的可見(jiàn)光響應(yīng)半導(dǎo)體光催化劑、促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的有效分離是光催化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。鐵基氧化物以及鐵基復(fù)合氧化物(鐵酸鹽)具有合適的禁帶寬度,化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性良好。特定的結(jié)構(gòu)對(duì)鐵基氧化物以及鐵基復(fù)合氧化物的光催化性能有著重要的影響,特殊的空心結(jié)構(gòu)或者分級(jí)結(jié)構(gòu)有利于提高可見(jiàn)光的吸收和載流子的分離。本文選擇熱解金屬有機(jī)配位聚合物前驅(qū)體制備鐵基氧化物光催化劑。與其他常見(jiàn)模板或者前驅(qū)體相比,金屬有機(jī)配位聚合物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和孔隙率,這種獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)有助于開(kāi)發(fā)一系列具有特定可控形貌的納米材料。通過(guò)選擇具有特殊形貌的金屬有機(jī)配位聚合物并且在合適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行轉(zhuǎn)化,可以獲得具有期望形貌的鐵基氧化物以及鐵基復(fù)合氧化物。通過(guò)簡(jiǎn)單的溶劑熱法結(jié)合后續(xù)熱處理制備了磁性可分級(jí)ZnFe_2O_4/g-C_3N_4復(fù)合光催化劑。前驅(qū)體微球由納米粒子組成,由于g-C_3N_4納米片的空間限制效應(yīng),金屬配位聚合物前驅(qū)體納米粒子直徑受到限制。熱解之后次級(jí)結(jié)構(gòu)得到很好的保留。在降解過(guò)程中,g-C_3N_4表面產(chǎn)生的光生電子遷移到ZnFe_2O_4表面,促使光生電子-空穴對(duì)的有效分離。ZnFe_2O_4/CN-150光催化劑降解動(dòng)力學(xué)常數(shù)比純Zn Fe_2O_4的動(dòng)力學(xué)常數(shù)提高10倍以上。此外,復(fù)合光催化劑具有抗光腐蝕的化學(xué)穩(wěn)定性,其鐵磁性使其可磁性回收并方便地重復(fù)使用。通過(guò)微波溶劑熱法制備了Fe-MIL材料,通過(guò)調(diào)節(jié)溶劑種類獲得了具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的中心棒狀形貌前驅(qū)體�？諝鈿夥障�,在不同溫度條件下進(jìn)行熱處理,可以獲得不同物相的氧化鐵材料。在可見(jiàn)光條件下,使用相應(yīng)材料降解有機(jī)污染物,研究了物相對(duì)氧化鐵光催化劑性能的影響。發(fā)現(xiàn)500攝氏度熱解前驅(qū)體制得的γ相α相兩相復(fù)合的Fe_2O_3光催化劑性能較好,這是因?yàn)榫哂衅ヅ淠軒ЫY(jié)構(gòu)的兩種物相緊密結(jié)合,構(gòu)建有效的同質(zhì)異相結(jié),使得光生電子與空穴有效分離。氧化鐵除了可以作為光催化劑,還可以用作鋰電負(fù)極材料。使用微波溶劑熱法制備的Fe-MIL材料作為前驅(qū)體,通過(guò)兩次燒結(jié)的方式,制得了γ-Fe_2O_3材料。γ-Fe_2O_3鋰電負(fù)極材料表現(xiàn)出了優(yōu)秀的比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1
【圖文】：

圖 1-1 半導(dǎo)體光催化原理示意圖催化過(guò)程中產(chǎn)生的空穴或者羥基自由基有分的有機(jī)物，在室溫下可實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染。經(jīng)過(guò)幾十年研究，以 TiO2為主的一系列氧化的技術(shù)對(duì)象，環(huán)境光催化主要分為液-固反應(yīng)將能量密度較小的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為能量密領(lǐng)域時(shí)，可以將水體中的有機(jī)物污染物降技術(shù)還可以應(yīng)用于有機(jī)化合物的處理、無(wú)機(jī)

其平均光催化析氫速率高達(dá) 1430.1 μmol g-1h-1，是未處理樣品的 4.3 倍（334.3 μmol g-1h-1）[9]。研究發(fā)現(xiàn)這種改性的 g-C3N4表現(xiàn)出多孔結(jié)構(gòu)和本征電子/能帶結(jié)構(gòu)調(diào)制，這導(dǎo)致了更大的比表面積和更多的表面反應(yīng)位點(diǎn)、延長(zhǎng)光吸收范圍以更有效地利用可見(jiàn)光，上移的導(dǎo)帶位置具有更強(qiáng)的還原性和更有效的光生載流子分離效果，最終有利于提高光催化析氫活性。g-C3N4具有二維平面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和石墨烯類似，可以作為基底材料負(fù)載其他半導(dǎo)體光催化劑，通過(guò)與其他半導(dǎo)體材料構(gòu)建復(fù)合光催化劑來(lái)抑制載流子的復(fù)合，特殊的形貌和結(jié)構(gòu)同時(shí)可能有助于提高其光催化活性。研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了 TiO2-C3N4[41]，AgBr-C3N4[18]，Bi2WO6-C3N4[47]，BiVO4-C3N4[22]等多種復(fù)合光催化劑，復(fù)合結(jié)構(gòu)可以增加光吸收并提高量子產(chǎn)率[14, 48]。Hongjun Dong 首先利用選擇性光沉積技術(shù)合成了高分散的 Ag/Fe3O4/g-C3N4復(fù)合光催化劑[12]，其制備流程示意圖如圖 1-2 所示。除了保留有利于再循環(huán)的磁性能外，復(fù)合光催化劑還顯示出降解四環(huán)素的光催化活性，而且穩(wěn)定性得到明顯改善。增強(qiáng)的光催化活性來(lái)源于 Ag，F(xiàn)e3O4和 g-C3N4的協(xié)同作用，復(fù)合提高了光吸收能力和載流子的分離效率。這項(xiàng)工作提供了一種有前途的方法來(lái)開(kāi)發(fā)可以循環(huán)利用的應(yīng)用于抗生素廢水處理的可見(jiàn)光響應(yīng)光催化劑。

【參考文獻(xiàn)】

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1 石磊;氮化碳基光催化材料的制備及性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 陳志鴻;新型具可見(jiàn)光活性光催化體系的設(shè)計(jì)、制備及其光催化性能與機(jī)理研究[D];華南理工大學(xué);2016年

3 呂強(qiáng);核殼結(jié)構(gòu)的磁性氧化鐵復(fù)合材料的合成、表征及應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2014年

4 劉瑞江;磁性氧化鐵基納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其應(yīng)用研究[D];江蘇大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2713454