近年來,由于工業(yè)化石燃料的燃燒及汽車尾氣的大量排放,氮氧化物（NO_x）的污染問題日益加劇,嚴(yán)重影響人類身體健康。目前NO_x的處理方式有NSR技術(shù)（NO_x儲存-還原）和SCR（選擇性催化還原）技術(shù)等,其依附于系統(tǒng)設(shè)備且受溫度限制,需要貴金屬Pt的參與或還原劑（尿素、氨氣等）的反復(fù)補(bǔ)充,一般應(yīng)用于工廠廢氣以及汽油、柴油機(jī)尾氣中高濃度NO_x的脫硝處理。對于空氣中ppb級NO_x的處理,光催化技術(shù)因其反應(yīng)條件溫和、操作簡單且能耗低等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用。石墨相氮化碳（g-C₃N₄）作為新型可見光響應(yīng)的二維層狀半導(dǎo)體,因原料廉價(jià)豐富、電子能帶結(jié)構(gòu)適宜且易于修飾改性等因素,在光催化去除NO_x方面應(yīng)用前景廣闊。本文以二維（2D）g-C₃N₄納米片為基底,與光催化性能優(yōu)異的鉍系或金屬氧化物半導(dǎo)體構(gòu)建異質(zhì)結(jié),以拓寬其可見光吸收域,提高光生載流子的轉(zhuǎn)移和分離效率,最終達(dá)到改善光催化降解效果的目標(biāo)... 

【文章來源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光催化的基本原理：(1)光輻射；(2)電荷激發(fā)；(3)電荷的分離與轉(zhuǎn)移；(4)體相電荷重組；(5)表面電荷復(fù)合；(6)表面還原反應(yīng)；(7)表面氧化反應(yīng)[4]

g-C3N4基納米異質(zhì)結(jié)的制備及其光催化去除氮氧化物的性能研究第一章31.2.2光催化的應(yīng)用1972年，自日本科學(xué)家Fujishima和Honda實(shí)現(xiàn)TiO2光解水制氫后[5]，光催化技術(shù)因利用豐富的太陽能資源緩解環(huán)境污染和能源短缺等問題，成為當(dāng)前最有前景的新技術(shù)之一�；诖�，研究者設(shè)計(jì)并合成了大量的半導(dǎo)體催化劑及其復(fù)合物，以期提高光催化劑的活性、穩(wěn)定性以及可見光響應(yīng)性能，拓展其應(yīng)用選擇性。1.2.2.1光催化在環(huán)境治理方面的應(yīng)用1976年，Carey等人[6]首次利用TiO2的懸浮液光催化降解有機(jī)物多氯聯(lián)苯，掀起了半導(dǎo)體催化劑在環(huán)境凈化領(lǐng)域的熱潮。隨著對光催化機(jī)理的深入探究，其應(yīng)用已涵蓋有機(jī)物降解，廢水、廢氣處理等多領(lǐng)域，已被證實(shí)是一種有前景的環(huán)境凈化策略。在廢水處理方面，Du等人[7]成功制備金屬有機(jī)框架（MOF）UiO-66-NH2(Zr/Hf)膜用于光還原廢水中的重金屬離子Cr(VI)，該催化劑在20個(gè)循環(huán)后仍保持94%以上的降解效率，宏觀膜狀以及良好的穩(wěn)定性能使其有望用于工業(yè)重鉻的處理。近年來，光催化在氣體污染物的降解方面也卓有成效，Xiao等人[8]以雙金屬有機(jī)框架（ZnCo-ZIF）為模板，低溫退火成功合成了介晶ZnCo2O4與還原氧化石墨烯（rGO）的復(fù)合物（圖1-2），rGO片材作為電子傳輸體提高了電子遷移效率，該復(fù)合物在可將光和模擬太陽光下均表現(xiàn)出對NO的高效催化活性。在有機(jī)物降解方面，研究者也著重于染料、抗生素以及苯酚等物質(zhì)的無毒處理。例如，Hidalgo等人[9]在低光強(qiáng)度下光沉積金（Au）在TiO2表面，在光催化氧化苯酚方面效果顯著；Xue等人[10]運(yùn)用煅燒-光沉積技術(shù)合成Au/Pt/g-C3N4，取得了比純g-C3N4高3.4倍的抗生素四環(huán)素鹽酸鹽（TC-HCl）的降解效率，其機(jī)理如圖1-3所示。圖1-2rGO@ZnCo2O4的制備流程示意圖[8]

第一章g-C3N4基納米異質(zhì)結(jié)的制備及其光催化去除氮氧化物的性能研究4圖1-3光催化降解TC-HCl的機(jī)理示意圖[10]1.2.2.2光催化在能源轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用化石能源的燃燒致使其儲存量逐年減少，且燃燒產(chǎn)物CO2的累積排放量超出環(huán)境飽和濃度，破壞自然界的碳循環(huán)過程。CO2是導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體之一，而溫室效應(yīng)引起的全球氣候變暖現(xiàn)象，更造成了物種的瀕危和病毒的加速擴(kuò)散。目前，控制CO2排放量和存儲CO2的過程也存在技術(shù)難題且造成能源二次消耗，因此CO2的物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為科研界的研究熱點(diǎn)。光催化技術(shù)因其高效安全且無污染而被廣泛應(yīng)用于CO2還原領(lǐng)域[11]。1979年，Inoue和Fujishima等人[12]首次發(fā)現(xiàn)TiO2、ZnO等半導(dǎo)體可以液相光催化轉(zhuǎn)化CO2為各種碳質(zhì)產(chǎn)物。此后，研究者對CO2的光還原領(lǐng)域不斷探索。Wang等人[13]設(shè)計(jì)并合成了ZnIn2S4-In2O3復(fù)合物用于光催化還原CO2。ZnIn2S4納米片包覆管狀I(lǐng)n2O3的內(nèi)外表面，呈現(xiàn)“三明治”狀分布。該催化劑能夠促進(jìn)載流子的充分分離，且中空管狀結(jié)構(gòu)也能暴露更多的表面催化活性位點(diǎn)，最終一氧化碳（CO）的產(chǎn)率為3075μmolh-1g-1且穩(wěn)定性良好。Gao等人[14]首次制備了富含釩（V）空位的單層斜方晶BiVO4（圖1-4），相對于低V空位濃度的BiVO4，該晶體的光吸收性增強(qiáng)且電子傳導(dǎo)性能優(yōu)異，光還原CO2的甲醇（CH3OH）生產(chǎn)速率為398.3μmolh-1g-1，表觀量子產(chǎn)率為5.96%（350nm）。研究表明，光催化技術(shù)還能將CO2還原為甲烷（CH4）、甲醛（CH3CHO）和甲酸（HCOOH）等碳質(zhì)產(chǎn)物[15]，其中CO和CH4是可利用的燃料資源。該過程不僅實(shí)現(xiàn)了能源轉(zhuǎn)化，也緩解了溫室效應(yīng)問題。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Selective catalytic reduction of NO by NH3 on cerium modified faujasite zeolite prepared from aluminum scraps and industrial metasilicate[J]. Rahma Abid,Gerard Delahay,Hassib Tounsi.  Journal of Rare Earths. 2020(03)
[2]Bi/BiOI/（BiO）2CO3異質(zhì)結(jié)可見光催化凈化NO的性能增強(qiáng)（英文）[J]. 孫艷娟,廖佳珍,董帆,吳素娟,孫立東.  催化學(xué)報(bào). 2019(03)
[3]通過可控的氧空位增強(qiáng)BiOBr納米片可見光催化NO氧化性能（英文）[J]. 廖佳珍,陳侶存,孫明祿,雷奔,曾曉嵐,孫艷娟,董帆.  催化學(xué)報(bào). 2018(04)



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