隨著社會的迅速發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴重。印染廢水污染是一種典型的工業(yè)污染,傳統(tǒng)處理方法難以將其完全除去,而能夠高效利用太陽能的光催化技術在此領域展現(xiàn)出優(yōu)勢,該技術具有節(jié)能、無二次污染等優(yōu)點。發(fā)展光催化技術的關鍵在于設計和制備出高效的光催化劑,傳統(tǒng)光催化劑如二氧化鈦（TiO₂）、氧化鋅（ZnO）等為寬帶隙半導體,只對紫外光響應（僅占太陽光的5%左右）,不能有效利用太陽光中占50%左右的可見光。因而,發(fā)展新型可見光響應型光催化劑迫在眉睫。三氧化鎢（WO₃）為N型半導體,其帶隙合適（E_g<3.1 eV）能被可見光激發(fā),并具有光電流信號強、光敏性好等優(yōu)點,被應用于光催化領域。但其光生電子和空穴易發(fā)生復合,導致光催化性能較低。本文以WO₃為主要研究對象,從缺陷構(gòu)筑、貴金屬沉積、與半導體復合等方面對其進行修飾,旨在增加材料對有機染料的有效吸附、增強對可見光的吸收能力以及提高光生載流子的分離效率,從而提升其光催化性能。本論文的主要研究成果如下:（1）為增強有效吸附,采用溶劑熱法制備WO₃

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

光催化反應機理示意圖[7]

5能提供的活性位點少，這些缺點降低g-C3N4的光催化性能。Lu等人[21]采用一步熱縮合氧化法合成具有層狀多孔結(jié)構(gòu)的g-C3N4納米片，發(fā)現(xiàn)這一特殊結(jié)構(gòu)拓寬了g-C3N4的帶隙，使其氧化還原能力增強，在9min內(nèi)對RhB的降解率達到99.4%，而體相g-C3N4對RhB的降解率僅為50.4%。圖1.2g-C3N4的（a）三嗪環(huán)，（b）七嗪環(huán)結(jié)構(gòu)Fig.1.2g-C3N4withthestructuresof(a)s-triazines,(b)tris-triazines鹵化物由于其獨特的光催化性質(zhì)而引起人們的關注。其中的典型材料——鹵化銀是一種見光易分解的光敏材料，在太陽光照射下被激發(fā)，產(chǎn)生電子和空穴，光生電子將Ag+還原為Ag0。在光催化反應的初始階段，Ag原子沉積在AgX材料上。反應進行到中間階段時，金屬Ag能捕獲光生電子并促進電荷分離，電子不會將Ag+繼續(xù)還原為Ag0，因而受到光照的鹵化銀半導體不會持續(xù)分解，顯示出較高的光催化效率。Cao等人[22]采用簡單的溶劑熱法合成純的AgX（X=Cl、Br、I）納米材料，在可見光照射下降解RhB有機染料和無色抗生素OTC，并對其穩(wěn)定性進行研究。實驗結(jié)果表明，AgX具有良好的光催化性能和穩(wěn)定性。Wang等人[23]通過簡單的常壓高溫固溶法制備凸多面體狀的AgCl、AgBr以及片狀的AgI納米材料。在光催化過程中，Ag+還原為Ag0位于AgX表面，可促進材料對可見光的吸收，提高其光催化效率。結(jié)果表明，所制備的樣品對RhB、MO等有機染料都具有良好的光催化性能。多數(shù)鉍系半導體材料的禁帶寬度較窄，能對可見光響應，是一種倍受關注的光催化劑。常見鉍系光催化劑有：礬酸鉍（BiVO4）、磷酸鉍（BiPO4）、鎢酸鉍（Bi2W2O6）、鉬酸鉍（Bi2MoO6）、氧化鉍（Bi2O3）、硫化鉍（Bi2S3）及鹵氧化鉍BiOX（X=Cl、Br、I）等。其中BiOX為新型鉍系光催化劑，它是?

7物增加碰撞幾率，而缺陷將為吸附反應提供更多的活性位點，從而提升光催化效率。Li等人[26]發(fā)現(xiàn)用強堿處理TiO2之后，TiO2中孔的數(shù)目增多，平均孔徑減小，比表面積增大，對有機污染物的吸附容量增加，進而提升TiO2的光催化效率。Han等人[27]發(fā)現(xiàn)引入氧缺陷可顯著增強TiO2對氮氣（N2）的吸附，提升固氮制取NH3的效率。Wang等人[28]表明將WO3在H2/N2混合氣中進行退火處理能得到富含氧空位的WO3，其帶隙變窄，對可見光的吸收能力增強，并且抑制電子和空穴的復合，從而提升光催化性能。1.3.2元素摻雜一般情況下，元素摻雜可分為金屬元素摻雜與非金屬元素摻雜。金屬元素摻雜：金屬摻雜會影響界面電荷轉(zhuǎn)移過程，圖1.3顯示金屬納米顆粒摻雜TiO2提升材料界面電荷轉(zhuǎn)移的速率。金屬離子捕獲電子，抑制光生電子和空穴復合，有助于在降解有機化合物的過程中提高光催化性能。Carraway等人[29]使用鉻（Cr）摻雜的多晶TiO2在氣固狀態(tài)下將N2光還原為NH3，以及在液固狀態(tài)下光催化降解苯酚。結(jié)果表明，Cr（III）離子的引入可提高光生電子-空穴對的分離效率，Cr/TiO2降解苯酚的效率提高。Choi等人[30]通過溶膠-凝膠法研究摻雜金屬離子的TiO2納米材料，發(fā)現(xiàn)金屬離子摻雜能減少載流子的復合速率，加快界面電子的轉(zhuǎn)移速率，從而提升TiO2的光反應性能。圖1.3金屬-半導體納米材料界面電荷轉(zhuǎn)移過程[31]Fig.1.3Interfacialchargetransferprocessofmetal-semiconductornanomaterials非金屬摻雜：非金屬離子摻雜可以將TiO2的光響應擴展到可見光區(qū)域。各種非金屬元素，如C、N、S、F、Cl和Br已成功地摻雜到TiO2納米團簇中[32]。研究人員通過加熱碳化鈦、將TiO2在一氧化碳（CO）氣體中進行高溫退火處理

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3454900