人類文明的發(fā)展始終伴隨著能源問題和環(huán)境問題,尤其是進入二十一世紀(jì)以來,隨著發(fā)展積累的惡果不斷積累,環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展已然成為了世界性課題。目前,光催化技術(shù)由于其綠色,環(huán)保,可持續(xù)等優(yōu)點在環(huán)境保護領(lǐng)域深受喜愛。催化劑是光催化技術(shù)的核心,類石墨相氮化碳（g-C₃N₄）對可見光有響應(yīng),具有成為一種光催化劑的潛力。然而,其光催化性能并不高,產(chǎn)生的光生載流子易復(fù)合,且其光吸收范圍較窄（<475nm）,比表面積較低活性位點有限,在應(yīng)用當(dāng)中收到了極大的制約。因此,本論文以g-C₃N₄為載體,將其與ZIF-8進行復(fù)合,構(gòu)筑不同的異質(zhì)結(jié)構(gòu),并探討其在環(huán)境污染中的應(yīng)用。主要研究類容如下:（1）室溫下采用自組裝法制備出ZIF-8@g-C₃N₄異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合催化劑,并在模擬可見光光源下,通過降解亞甲基藍（MB）染料來評估其光催化活性。結(jié)果表明,ZIF-8@g-C₃N₄異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合催化劑相較于單一的ZIF-8,g-C₃

【文章來源】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

常見半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)[18]

第2頁上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文1.2.2光催化技術(shù)原理光催化劑在進行光催化反應(yīng)是會在催化劑內(nèi)部發(fā)生一系列的反應(yīng)，其示意圖如1.2。具體來說，當(dāng)催化劑受到光激發(fā)時，其價帶上的電子吸收能量，從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，躍遷到催化劑的導(dǎo)帶上，在導(dǎo)帶上形成電子富集，并在催化劑的價帶上留下空穴。同時，部分電子吸收的能量不足，難以使電子躍遷到導(dǎo)帶上，電子則會重新回到催化劑的價帶上，并和空穴發(fā)生復(fù)合，以光子的形式釋放能量，重新回到基態(tài)。成功躍遷到催化劑導(dǎo)帶上的電子則會與催化劑表面吸附的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成具有超高氧化性的超氧自由基，這些超氧自由基則會與污染物反應(yīng)，將其降解成無機小分子。而對于催化劑價帶上的空穴來說，如果能夠和水分子反應(yīng)，則能夠生成具有較高還原性的羥基自由基，如果無法和水分子反應(yīng)，則直接與污染物反應(yīng)，對污染物進行降解。對于光催化技術(shù)來說，電子和空穴的分離以及電子的躍遷，都會對催化劑的催化性能造成極大的影響，光生電子和空穴的分離和電子的躍遷，除了受到入射光能量的影響，還會受到催化劑內(nèi)部的微電場以及電子濃度差的影響。圖1.2半導(dǎo)體的光催化機理Fig1.2Bandstructureofseveralcommonsemiconductors半導(dǎo)體光催化劑在降解有機污染物的具體發(fā)生的反應(yīng)如下[19-20]：photocatalyst+hv→photocatalyst(e-CB+h+VB)（1-1）h+VB+H2O→H++·OH（1-2）e-CB+O2→·O2-（1-3）e-CB+·O2-+2H+→H2O2（1-4）2H++2·O2-→O2+H2O2（1-5）

?肺榷ㄐ裕?謨τ糜諢肪炒?硎保?庠詰幕肪城榭鍪遣豢煽刂頻模?虼?我們需要提高光催化劑材料的化學(xué)穩(wěn)定性，物理穩(wěn)定性，生物穩(wěn)定性能等，增加材料的可重復(fù)性，盡量減小生產(chǎn)成本的投入。1.2.4異質(zhì)結(jié)構(gòu)早在1951年，異質(zhì)結(jié)的概念就被前蘇聯(lián)科學(xué)家古巴諾夫提出，他將兩個半導(dǎo)體或多個半導(dǎo)體之間的連接部分定義為異質(zhì)結(jié)，較為可惜的是，限于當(dāng)時的檢測手段，古巴諾夫并未直接觀測到異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)有多種分類方式，從過渡的情況來分，異質(zhì)結(jié)可分為突變型和緩變型；從催化劑的能帶結(jié)構(gòu)來看，可以將異質(zhì)結(jié)分為I型、II型和III型（圖1.3），I型又稱之為嵌入式異質(zhì)結(jié)，II型則稱為交錯型異質(zhì)結(jié)，III型一般稱為避開型異質(zhì)結(jié)。目前研究較多的是II型異質(zhì)結(jié)，主要是由于II型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)合光催化劑具有良好的界面效應(yīng)，光生載流子能夠有效的分離，復(fù)合催化材料的催化性能相對于單一材料能夠得到較大的提升。半導(dǎo)體材料的禁帶帶寬決定了材料的光響應(yīng)范圍，帶隙更窄，光響應(yīng)范圍更寬，并且需要更少的能量（即更長的波長）就能夠產(chǎn)生光生載流子，但是存在的問題是由窄帶隙半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的光生載流子易于發(fā)生復(fù)合，從而影響催化劑的催化性能。而寬帶隙的催化劑由于需要較強的光子才能激發(fā)光生載流子，因此在光催化性能也會受到影響。因此，科學(xué)家們通過將寬帶隙的半導(dǎo)體和窄帶隙的半導(dǎo)體復(fù)合得到異質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)合光催化劑。利用窄帶隙易激發(fā)和寬帶隙不易復(fù)合的特點得到性能優(yōu)異的光催化劑。圖1.3三種不同類型的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)Fig.1.3Threedifferenttypesofsemiconductorheterojunction

【參考文獻】：
期刊論文
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