人類社會(huì)在不斷發(fā)展的同時(shí),能源危機(jī)和環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重。半導(dǎo)體材料的光催化及壓電催化技術(shù)在解決這些問題的過程中正發(fā)揮著越來越重要的作用。本論文主要研究了兩種半導(dǎo)體催化劑,分別為一種鉍的堿式鹽[Bi₆O₆（OH）₃]（NO₃）₃·1.5H₂O和鈦酸鉍(Bi₄Ti₃O₁₂)。兩種材料由于固有性質(zhì)的原因,光催化性能均較差。本文分別采用不同的改性方法有效提升了它們?cè)诳梢姽庀碌拇呋钚浴Ｍ瑫r(shí)也通過改性進(jìn)一步發(fā)掘了Bi₄Ti₃O₁₂作為鐵電材料在壓電催化領(lǐng)域的潛力。主要的研究成果如下:（1）以葡萄糖作為碳源,采用水熱法制備了碳摻雜的[Bi₆O₆（OH）₃]（NO₃）₃·1.5H₂O,然后用Na BH

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光催化過程中的化學(xué)反應(yīng)光生電子和空穴在半導(dǎo)體材料表面發(fā)生的反應(yīng)如圖1-1所示

第一章緒論31.3以機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的催化反應(yīng)1.3.1壓電催化壓電催化最早可以追溯至1998年，日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)了部分一元金屬氧化物在機(jī)械攪拌下能夠全分解水的現(xiàn)象[2]，值得注意的是反應(yīng)過程是在無光環(huán)境下進(jìn)行。研究人員通過進(jìn)一步的探究逐步發(fā)現(xiàn)了其中的機(jī)理并將其稱為壓電催化效應(yīng)。壓電材料在受到外部機(jī)械應(yīng)力作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生表面荷電效應(yīng)，形成極化電場(chǎng)，使電介質(zhì)極化。圖1-2表示了壓電材料在不同應(yīng)力作用下產(chǎn)生極化電荷的現(xiàn)象，無論是受到張力還是應(yīng)力都會(huì)使壓電材料內(nèi)部產(chǎn)生極化電荷，形成一個(gè)電場(chǎng)，這些壓電場(chǎng)的電勢(shì)能達(dá)幾十至幾百伏。在足夠的電勢(shì)作用下，部分自由電子和空穴會(huì)遷移至材料表面[3]，由于處在濕化學(xué)環(huán)境中，這些自由電荷會(huì)和溶解氧或有機(jī)染料等物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，最終達(dá)到分解水產(chǎn)H2和暗場(chǎng)下降解有機(jī)物的目的。這就是目前被大部分學(xué)者所認(rèn)可的壓電催化機(jī)理。圖1-2壓電材料在外部作用力下產(chǎn)生極化電荷的示意圖[4]。(a)無應(yīng)力；(b)受張力；(c)受壓力壓電催化發(fā)展初期，催化劑都局限于一維，二維材料[5,6]，因?yàn)檫@些材料在外部作用力下更容易發(fā)生形變而產(chǎn)生壓電場(chǎng)，進(jìn)而能進(jìn)行更高效的催化反應(yīng)。但近年來的許多成果將壓電催化劑的范圍擴(kuò)展至三維復(fù)合材料[7,8]，其催化效率也在不斷的提高。而且也出現(xiàn)了壓電催化和光催化的協(xié)同催化[9,10]，壓電場(chǎng)能夠極大提高光生載流子的分離，進(jìn)而使催化活性進(jìn)一步提高。目前，大部分的研究方向還是集中于有機(jī)污染物的降解和分解水產(chǎn)H2，這也是光催化領(lǐng)域研究成果很多的領(lǐng)域，相信壓電催化和光催化的協(xié)同效應(yīng)會(huì)給該領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展帶來新的機(jī)遇。

第一章緒論7有弱結(jié)合的結(jié)晶水或氫氧基團(tuán)，這使得一些常用的物理表征手段失效，加大了對(duì)這種分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物的研究難度[42,43]。盡管鉍的堿式鹽各化合物的分子式不盡相同，但其中大部分都有著[Bi6Ox(OH)8-x](10-x)+的結(jié)構(gòu)，它是另外的一種陽離子[Bi6(OH)12]6+分子內(nèi)縮聚后的產(chǎn)物，后者普遍存在于Bi的鹽溶液中[44,45]。圖1-3展示了兩種具有這種結(jié)構(gòu)的復(fù)雜陽離子的模型，它們是由各種XRD數(shù)據(jù)分析計(jì)算得到的。還有少數(shù)鉍的堿式鹽并不具有上述的結(jié)構(gòu)，如Bi2O2(OH)(NO3)，[Bi6O6(OH)3](NO3)3·1.5H2O。不同種的鉍的堿式鹽之間還可以通過精確調(diào)控反應(yīng)溫度，反應(yīng)前驅(qū)體溶液的pH等條件來控制合成。如Bi(NO3)3·5H2O在NaOH水溶液中水解反應(yīng)的產(chǎn)物和溶液的pH是密切相關(guān)的，pH值在1.8~2.1時(shí)，產(chǎn)物是[Bi6O6(OH)](NO3)5·(2.5~3.0)H2O；在2.6~3.5時(shí)，得到[Bi6O6(OH)2](NO3)4·2H2O；而在pH大于3.5時(shí)，又得到[Bi6O6(OH)3](NO3)3·1.5H2O[46,47]。圖1-3兩種含Bi復(fù)雜離子的模型結(jié)構(gòu)[42]（a）[Bi6O4(OH)4]6+；（b）[Bi6O5(OH)3]5+鉍的堿式鹽這一大類化合物最早發(fā)現(xiàn)于2個(gè)世紀(jì)前，一直以來都是作為一種柔和的殺菌劑被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域[47]。進(jìn)入21世紀(jì)后，才有學(xué)者將其引入光催化領(lǐng)域，但作為相對(duì)小眾的一種光催化材料，人們對(duì)其研究的并不太多。不同于大部分的鉍系半導(dǎo)體光催化劑，鉍的堿式鹽的禁帶寬度較大，純的鉍的堿式鹽只能在紫外光下實(shí)現(xiàn)光催化。Han[48]等人通過水熱法合成出了具有多層結(jié)構(gòu)的納米花狀Bi2O2(OH)(NO3)，其在紫外光下催化降解羅丹明B（RhB）的速率達(dá)到了P25的2.5倍。Yang[49]等人和Xie[50]等人都通過水熱法成功制備出了純的[Bi6O6(OH)3](NO3

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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