【摘要】：在能源危機(jī)和環(huán)境污染帶來的考驗下,光催化技術(shù)的出現(xiàn)無疑為這一難題提供了更多的選擇。在光催化領(lǐng)域中,研究最廣泛也是最經(jīng)典的光催化材料要數(shù)TiO_2與ZnO,雖然已經(jīng)商業(yè)化并走上市場,但只能在紫外光作用下才能發(fā)揮作用的短板限制了其在室外太陽光下的運用。為此,開發(fā)新型的可見光光催化劑是目前研究的方向之一。本論文立足于開發(fā)可見光響應(yīng)的光催化材料,圍繞含銦的多元氧化物半導(dǎo)體材料展開研究,配合X射線粉末衍射、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、紫外-可見光漫反射光譜、X射線光電子能譜及比表面積測試等表征手段,對幾種含In的光催化材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、形貌和光催化性能方面進(jìn)行分析和研究。主要內(nèi)容如下:第一章,主要介紹了本論文的研究背景。主要包含了光催化劑的工作原理,應(yīng)用領(lǐng)域,其發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀;然后重點介紹了與本論文研究相關(guān)的銦體系半導(dǎo)體光催化劑以及這些光催化劑的合成方法,晶體結(jié)構(gòu),光催化性能等,在前人的研究基礎(chǔ)上提出了本論文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容。第二章,列出了本論文所包含的光催化劑的原料、實驗設(shè)備、制備方法、一系列表征與測試分析手段,并簡要地介紹了一些儀器的工作原理。第三章,采用檸檬酸絡(luò)合法成功制備了In_2Cu_2O_5光催化材料,所合成的樣品為單相的納米材料,結(jié)晶性良好,粒度大約在50nm左右且分布均勻,本樣品的比表面積達(dá)到了36.7 m~2/g,具備較高的表面活性;紫外-可見光漫反射吸收光譜表明,所合成的樣品具有良好的光吸收能力,其禁帶寬度為2.31eV;在可見光照射下,3小時可以將亞甲基藍(lán)溶液降解90%以上,擁有良好的光催化性能;In-5s/5p和O-2p軌道雜化減少了In_2Cu_2O_5的帶隙寬度;[InO_6]八面體層產(chǎn)生的內(nèi)電場加速了光生載流子的分離,給光催化反應(yīng)提供了良好的條件。第四章,通過檸檬酸絡(luò)合法成功制備了一種新型的間接帶隙半導(dǎo)體光催化劑In_2Fe_2CuO_7,借助X射線衍射,掃描電鏡和透射電鏡分析,得出此樣品的物相為六方相,由結(jié)晶良好的圓球狀納米顆粒組成;結(jié)合結(jié)構(gòu)精修發(fā)現(xiàn),層狀結(jié)構(gòu)的In_2Fe_2CuO_7在[001]方向由InO_6八面體層和MO_5(M=Cu/Fe)層相互交疊而成,有利于光生載流子的分離與移動;在以亞甲基藍(lán)溶液模仿水體污染物時,300min左右能夠?qū)⑵浣到獾?5%,降解反應(yīng)符合準(zhǔn)一級動力學(xué),經(jīng)計算其降解亞甲基藍(lán)溶液的動力學(xué)常數(shù)為0.0311min~(-1)。第五章,通過檸檬酸絡(luò)合法制備出了CuIn AlO_4光催化劑,對樣品進(jìn)行了結(jié)構(gòu),形貌,比表面積,光吸收等一系列表征;發(fā)現(xiàn)CuInAlO_4是禁帶寬度為2.19eV的直接帶隙半導(dǎo)體。利用光催化平臺模擬太陽光對亞甲基藍(lán)溶液進(jìn)行光降解試驗來測試樣品的光催化活性;發(fā)現(xiàn)該催化劑在150min內(nèi)對亞甲基藍(lán)溶液的降解率達(dá)到90%以上,降解動力學(xué)常數(shù)為0.0177min~(-1),是同等條件下TiO_2光催化劑的9倍,說明Cu InAlO_4擁有較高的光催化活性;結(jié)合相結(jié)構(gòu)和能帶組成分析了此光催化劑的光催化活性原因;除此之外,活性自由基捕獲實驗也為解釋光催化的機(jī)理提供了依據(jù);循環(huán)實驗也驗證出該催化劑化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良,可以重復(fù)利用,符合當(dāng)下綠色環(huán)保的理念。第六章是對全文的概括與總結(jié)。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1
【圖文】：

含銦的多元氧化物半導(dǎo)體光催化劑的制備量太高，引起的導(dǎo)電作用幾乎可以忽略不計；半導(dǎo)體的禁帶寬度較，帶隙寬度一般在 1~4eV。當(dāng)半導(dǎo)體光催化劑在受到能量大于 Eg帶上的電子會被激發(fā)，受激的電子會穿過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶，使得原本子而價帶因失去電子形成空穴[10-12]，光生載流子的參與使催化反應(yīng)

4圖 1-2 光催化裂解水制氫示意圖[27]Fig. 1-2 Mechanism of photocatalytic water splitting for H2化碳光還原求的迅速增長，使二氧化碳的排放也急劇增加，溫室效應(yīng)引起的一早已經(jīng)制約了人類的發(fā)展。如何緩解溫室效應(yīng)，減少大氣中的 CO決的環(huán)境問題之一。模擬自然界中植物的光合作用，利用半導(dǎo)體光使太陽能以化學(xué)能的形式保存下來，為解決這一難題提供了可能。直接的產(chǎn)物就是 CH4[28]，CH3OH[29]，HCOOH[30,31]，HCHO[32]，雖很低而且都還處于實驗室研究的階段，但是，通過日后對催化劑體

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2734880