在當(dāng)今全球能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的大背景之下,光催化技術(shù)作為太陽能最有效的利用形式之一,以其綠色,環(huán)境友好對低濃度污染物及氣相污染物也有好的去除效果、催化材料易得、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)受到廣大研究者的關(guān)注。目前半導(dǎo)體光催化技術(shù)已經(jīng)在環(huán)境污染控制、能源產(chǎn)生等方面展現(xiàn)出了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用潛能。除此之外,近年來的相關(guān)研究表明,光催化過程反應(yīng)過程中產(chǎn)生的光生電子還可以還原O2、N2等空氣中關(guān)鍵組分氣體,分別產(chǎn)生可供人類生產(chǎn)生活所利用并且具有高附加值的活性氧物種和銨,該類反應(yīng)直接利用自然界中的無處不在的空氣,水為原料,以太陽光為反應(yīng)條件,在十分綠色溫和的條件下就可以制備出工業(yè)上需要高溫高壓或其他復(fù)雜條件才能獲得的產(chǎn)品,故光催化還原氣體小分子的反應(yīng)研究在環(huán)境治理和工業(yè)能源領(lǐng)域均有著極其重要的研究意義,而設(shè)計并合成出對于該類特定反應(yīng)有優(yōu)異催化效果的光催化劑是研究中至關(guān)重要的一步。盡管近年來不少研究者在光催化還原氣體小分子方面也有一些成果,但目前已報道的文獻(xiàn)中,大數(shù)催化劑光催化還原氧氣和氮?dú)庑》肿拥男室廊幌鄬Φ拖?且存在催化劑易失活等致命性問題,導(dǎo)致該技術(shù)距離實(shí)際應(yīng)用始終還有較大的差距。在大多數(shù)情況下,造成該反應(yīng)效率低下及催化劑失活的原因主要可以歸納為以下幾點(diǎn):1.氣體的有效吸附是其還原反應(yīng)發(fā)生的前提,而大多數(shù)催化劑的表面缺少有效的吸附位點(diǎn),因此導(dǎo)致催化劑對氣體小分子的吸附受限。2.N2和02作為空氣中的關(guān)鍵組分,其自身結(jié)構(gòu)性能十分穩(wěn)定,因此具有較高的活化勢壘,若催化劑在吸附氣體小分子之后無法有效將其活化的話,普通的光催化劑很難將其直接還原,導(dǎo)致反應(yīng)無法高效進(jìn)行。3.該類反應(yīng)過程中,氣體小分子反應(yīng)過程中易發(fā)生無法脫附于或填充在活性位點(diǎn)的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象將直接導(dǎo)致催化劑的失活。因此本論文聚焦于通過簡單表面改性技術(shù),一方面致力于在低活性半導(dǎo)體催化劑表面引入新的活性位點(diǎn),使其轉(zhuǎn)化為高活性催化劑,另一方面希望有效促進(jìn)現(xiàn)有的高活性催化劑表面活性位點(diǎn)的原位再生,解決其在反應(yīng)過程中發(fā)生的失活問題,從而提高其使用壽命。同時我們還結(jié)合了各種前沿的材料表征技術(shù),先進(jìn)的電鏡技術(shù)以及理論計算的方法,從催化劑表面原子結(jié)構(gòu)和局部電子結(jié)構(gòu)的角度,闡述了表面改性技術(shù)對催化劑表面活性位點(diǎn)的調(diào)控作用機(jī)制及對空氣中關(guān)鍵組分N2和02分子光催化還原促進(jìn)的機(jī)理。全文主要包括以下兩部分內(nèi)容:1.以固氮酶中的關(guān)鍵活性物質(zhì)鉬鐵輔因子的結(jié)構(gòu)為靈感,我們采用超聲剝層結(jié)合二次水熱表面鐵修飾的策略,設(shè)計合成了單原子鐵表面修飾的少層二硫化鉬光催化劑用于氮?dú)獾倪�原反應(yīng)。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn),這樣一種仿生光催化劑不僅固氮活性好,選擇性高,同時還具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和循環(huán)使用性。它清晰完整的晶體結(jié)構(gòu)使得我們能夠采用第一性原理計算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式,更加準(zhǔn)確地揭示該催化劑表面氮?dú)膺�原反應(yīng)進(jìn)行的機(jī)理和路徑。2.通過簡單的表面磷酸修飾策略,我們有效地實(shí)現(xiàn)了 BiOCl(001)面氧空位在紫外光作用下的原位再生,同時顯著促進(jìn)了(001)晶面暴露BiOCl的可持續(xù)分子氧活化性能。實(shí)驗(yàn)證明,磷酸修飾后的氯氧化鉍在相同條件下產(chǎn)生的強(qiáng)氧化性活性氧物種超氧負(fù)離子和羥基自由基的量相比它修飾前均明顯增加,而中間產(chǎn)物弱活性氧物種雙氧水的分解加速。同時理論計算證明磷酸與氯氧化鉍表面三氫鍵的相互作用,有效的降低了樣品氧空位形成能,使得氧空位在紫外光照射下更容易再生,實(shí)驗(yàn)結(jié)果催化劑的循環(huán)使用性明顯提高。隨后,我們以五氯酚鈉為目標(biāo)污染物,對催化劑的光催化活性進(jìn)行評價。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.3;O644.1
【部分圖文】：

２００６?２００７?ＫＮＭ?２００９?２０１０?２０１１?２０Ｕ?２０１９?２０１４?３０１Ｓ?２０１ｔ??圖１．１?（ａ）光能太陽能的主要利用形式（ｂ）?２００６－２０］６年太陽能容量變化??１．１．１半導(dǎo)體光催化的基本原理??

催化技術(shù)的規(guī)模化的應(yīng)用１６】。??２００６?２００７?ＫＮＭ?２００９?２０１０?２０１１?２０Ｕ?２０１９?２０１４?３０１Ｓ?２０１ｔ??圖１．１?（ａ）光能太陽能的主要利用形式（ｂ）?２００６－２０］６年太陽能容量變化??１．１．１半導(dǎo)體光催化的基本原理??半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中包含被電子填充的價帶頂和電子未填充的導(dǎo)帶底，兩者之前由禁??帶隔開，二者之間的能量相對差值就被定義為我們通常所說的帶隙能。那么對于一??１??

地應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，并逐漸替代傳統(tǒng)Ｔｉ０２光催化劑成為了新的研宄熱點(diǎn)。??１．２．１二硫化鉬半導(dǎo)體基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)??ＴＭＤＣｓ是具有ＭＸ２型的半導(dǎo)體，Ｍ代表過渡金屬（如Ｍｏ、Ｗ等），Ｘ代表??硫族元素（如Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）。ＴＭＤＣｓ的研宄歷史非常悠久，１９２３年Ｌｉｎｕｓ?Ｐａｕｌｉｎｇ??就確定了其結(jié)構(gòu)，到１９６０ｓ己經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過６０種ＴＭＤＣｓ。Ｍ０Ｓ２和ＷＳ２可能是自??然界中僅存的層狀晶體ＴＭＤＣｓ以Ｍ０Ｓ２為代表的２Ｄ過渡金屬硫化物（ＴＭＤＣｓ）??由于具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體或超導(dǎo)性質(zhì)以及優(yōu)秀的機(jī)械性能等，在納米電子??器件和光電子學(xué)等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景＠］－［２１］。??二硫化鉬（Ｍ〇Ｓ２）是一種帶有金屬光澤的黑色粉末，作為一種代表性層狀的??過渡金屬硫化物，其獨(dú)特的三明治結(jié)構(gòu)和高比表面積，高化學(xué)穩(wěn)定性和對可見光的??強(qiáng)吸收等特性也成功的吸引了光催化研宄者們的目光。ＭｏＳ２有ＩＴ、２Ｈ、３Ｒ三??種晶體結(jié)構(gòu)，其中１Ｔ－ＭｏＳ２和３Ｒ－ＭｏＳ２處于亞穩(wěn)態(tài)，常態(tài)下能穩(wěn)定存在的是??２Ｈ－Ｍ〇Ｓ２［２２］。它的禁帶寬度隨其厚度變化可調(diào)，它層內(nèi)通過牢固的Ｍｏ－Ｓ化學(xué)鍵相??連，而ｃ軸方向?qū)又g則通過作用力較弱的范德華力結(jié)合，因此層與層間很容易剝??離［２３］－［２４］〇??
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 吳謙;聶小春;査孟;;金屬配合物光催化還原二氧化碳的研究進(jìn)展[J];化工管理;2017年22期

2 趙玉坤;汪園園;籍宏偉;馬萬紅;陳春城;趙進(jìn)才;;多溴聯(lián)苯醚的光催化還原脫溴[J];化學(xué)進(jìn)展;2017年09期

3 王冰;趙美明;周勇;閆世成;鄒志剛;;光催化還原二氧化碳制備太陽燃料研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2017年03期

4 ;新疆理化所在光催化還原二氧化碳研究中取得進(jìn)展[J];河南化工;2016年02期

5 繆應(yīng)純;王剛;高亞玲;吳仕鵬;;光催化還原硝酸根的研究進(jìn)展[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2012年34期

6 徐玉欣,李越湘,彭紹琴;銀銅離子復(fù)合體系的光催化還原[J];環(huán)境化學(xué);2004年05期

7 付宏祥，呂功煊，李新勇，李樹本;重金屬離子的光催化還原研究進(jìn)展[J];感光科學(xué)與光化學(xué);1995年04期

8 孟元華;;雜多酸光催化還原回收廢水中銀的試驗(yàn)探討[J];職業(yè)與健康;2014年01期

9 李秋艷;劉雪凌;丁德玲;蘇芳;;太陽能光催化還原二氧化碳研究進(jìn)展[J];能源技術(shù)與管理;2012年02期

10 謝玲莉;;光催化還原二氧化碳為燃料:機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J];中國科技信息;2015年Z2期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孫朱行;堿改性g-C_3N_4光催化還原CO_2的性能提升機(jī)制及其拓展應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2017年

2 熊卓;金屬改性耦合形貌調(diào)控TiO_2光催化還原CO_2機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2016年

3 陸磊;表界面調(diào)控改善LaTiO_2N光催化還原CO_2性能及機(jī)理研究[D];南京大學(xué);2018年

4 焦星辰;二維金屬硫/氧化物的可控制備及其光還原二氧化碳性能的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

5 歐延;碳納米管和二氧化鈦復(fù)合催化劑的制備、表征及其光催化還原氧化性能研究[D];廈門大學(xué);2007年

6 李平;微納結(jié)構(gòu)光催化劑的光生載流子行為調(diào)控及其光催化還原二氧化碳性能研究[D];南京大學(xué);2016年

7 涂文廣;二氧化鈦納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光催化還原CO_2為可再生碳?xì)淙剂系难芯縖D];南京大學(xué);2015年

8 陳京帥;金屬硫化物的制備及其用于甲醇中光催化還原CO_2的研究[D];天津大學(xué);2015年

9 毛勁;不同微結(jié)構(gòu)的光催化材料的制備及其光催化還原CO_2性能研究[D];武漢大學(xué);2013年

10 劉心娟;微波法合成高效納米復(fù)合光催化劑及其在光催化中的應(yīng)用[D];華東師范大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 邵丹丹;Fe-MIL-101和Bi_2Ti_2O_7/TiO_2光催化還原水體中六價鉻[D];云南大學(xué);2017年

2 衣曉虹;MOFs及其復(fù)合物光催化還原Cr(Ⅵ)及降解有機(jī)污染物性能研究[D];北京建筑大學(xué);2019年

3 鄭灝亮;銅酸鑭光催化還原二氧化碳與分解水性能研究[D];南京大學(xué);2019年

4 李棟;聚光光催化還原CO_2及動力學(xué)研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2018年

5 李鵬輝;摻雜、復(fù)合改性石墨相氮化碳光催化還原CO_2研究[D];西南石油大學(xué);2018年

6 周嚴(yán);釩酸鉍/石墨烯復(fù)合催化劑的制備及其光催化還原CO_2性能的研究[D];武漢工程大學(xué);2018年

7 肖俊峰;碳點(diǎn)的纖維負(fù)載及其光催化研究[D];鄭州大學(xué);2019年

8 李勝男;摻雜LiNbO_3催化劑的制備及其光催化還原硝酸鹽的研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2019年

9 熊梧琬;Ti_3C_2T_x基光催化材料制備及其光還原CO_2性能研究[D];南昌航空大學(xué);2019年

10 劉康利;BiOBr/Fe_xO_y@ACSs的制備及其光催化還原CO_2性能研究[D];太原理工大學(xué);2019年

本文編號：2850093