面對當今世界能源和環(huán)境問題的嚴峻形勢,如何合理利用有限的自然資源、高效生產(chǎn)新的綠色能源以及有效解決環(huán)境污染問題具有重要意義。光催化技術(shù)的應(yīng)用能改善全球環(huán)境污染問題和為綠色的經(jīng)濟發(fā)展提供清潔能源。然而,傳統(tǒng)光催化材料并不能滿足工業(yè)化的要求。因此,除了對傳統(tǒng)材料開展改性研究以提高其光催化性能外,開發(fā)新型高效催化材料也是必不可少的。在各類光催化材料中,鉍系材料因自身的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)特點而具有寬的光響應(yīng)范圍、低的電子-空穴復合率等優(yōu)勢,在光催化領(lǐng)域受到重視。本論文以開發(fā)新型鉍系光催化材料為核心,采用簡單的高溫固相法合成了層狀鉍系硼酸鹽和鈦酸鹽光催化材料,并對制備的材料進行了光降解和光解水方面的性能探究。采用傳統(tǒng)固相法制備了鉍系硼酸鹽材料ABi₂B₂O₇（A=Ca、Sr）,并探索其降解鹽酸四環(huán)素的性能。在紫外光條件下,SrBi₂B₂O₇和CaBi₂B₂O₇分別在4 min內(nèi)降解了約58%和70%的... 

【文章來源】：中國地質(zhì)大學(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

光生電子-空穴對形成的示意圖(左)及部分催化反應(yīng)對應(yīng)的氧化還原勢示意圖

4圖1-2(a)g-C3N4的結(jié)構(gòu)示意圖，(b)g-C3N4的能帶結(jié)構(gòu)示意圖[43]研究人員采用了各種各樣的方式來提高g-C3N4的光催化性能，包括對帶隙寬度進行調(diào)控、在表面引入缺陷、形貌和尺寸調(diào)控、對孔隙結(jié)構(gòu)進行裁剪、在層間插入其它離子、與其它半導體構(gòu)建異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、使用助催化劑和在表面負載貴金屬量子點以及納米碳等，各種各樣的以g-C3N4為基體的光催化劑被設(shè)計用于驅(qū)動各種還原和氧化反應(yīng)[44]。(2)硫化物光催化材料硫化物是一類帶隙較窄的化合物，能吸收可見光，在有機污染物降解和光催化產(chǎn)氫等方面具有較大優(yōu)勢[45]。特別是在析氫方面，大多數(shù)已報導的光催化材料都無法與CdS相比較。除此之外，ZnS、InS等也具有良好的催化活性。然而，硫化物材料也存在局限性，比較突出的方面是穩(wěn)定性差，在實際的光催化反應(yīng)過程中容易發(fā)生光腐蝕而使其結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而影響其光催化活性。Bao等[46]采用自模板法合成了具有納米孔結(jié)構(gòu)的CdS，納米孔的直徑約為3nm，增大了CdS的比表面積，每小時的氫氣產(chǎn)量為4.1mmol。Xie等[47]設(shè)計合成了CdS-ZnS核殼結(jié)構(gòu)材料，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計使材料的性能得到大幅度提升，而且在60h后仍表現(xiàn)出良好的光催化穩(wěn)定性，這主要與光生載流子在核殼結(jié)構(gòu)中獨特的空間分布有關(guān)。

5圖1-3CdS-ZnS核殼結(jié)構(gòu)及光激發(fā)載流子的分布示意圖(3)金屬有機骨架(MOFs)材料近幾十年來，金屬有機骨架材料迅速發(fā)展，這主要得益于該類材料獨特的結(jié)構(gòu)特征。MOFs材料的結(jié)構(gòu)較一般半導體復雜，結(jié)構(gòu)中包含有機配體和金屬離子或氧團簇，它們之間相互連接，通過配位作用形成一種可以向外無線延展的骨架結(jié)構(gòu)[48]。MOFs材料的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。MOFs材料由于特殊的結(jié)構(gòu)組成，同時具備有機和無機材料的一些性質(zhì)，在應(yīng)用于光催化時具有獨特的優(yōu)勢。首先，MOFs材料的比表面積比一般材料大，為大量活性位點和反應(yīng)物的充分接觸提供了基矗其次，MOFs材料中存在大量的孔，而且這些孔結(jié)構(gòu)的排列是有序的，反應(yīng)底物很容易進入到這些孔道中與活性位點發(fā)生反應(yīng)。最后，這類材料可以通過改變結(jié)構(gòu)組成來實現(xiàn)特定的催化反應(yīng)，靈活性高[49]。目前，MOFs材料在CO2還原[50,51]、降解有機污染物[52]、光解水[53,54]等方面都已經(jīng)取得一定的進展，但是這類材料自身水穩(wěn)定性較差也限制了其在光催化領(lǐng)域更好的應(yīng)用。圖1-4MOFs材料結(jié)構(gòu)示意圖[55]

【參考文獻】：
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本文編號：3519367