層狀鈦鈮酸鹽是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體光催化劑。所述的鈦鈮酸鹽前驅(qū)體可作為較好的載流子傳導(dǎo)載體,提供光生載流子的遷移路徑。剝離后的鈦鈮酸納米片具有更好的物理和化學(xué)性質(zhì),單層納米片可以提供更多的反應(yīng)活性區(qū)。鈦鈮酸鹽的結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展表明,鈦酸鹽具有制備成新型高效光催化劑的潛力,為新能源材料的開發(fā)提供了新的思路。本文以鈦鈮酸鉀(K₃Ti₅NbO₁₄)和鈦鈮酸銫（CsTi₂NbO₇）為基底材料,通過元素?fù)诫s、形貌控制、暴露晶面設(shè)計(jì)、納米片制備、復(fù)合異質(zhì)結(jié)等的協(xié)同效應(yīng),對鈦鈮酸鹽進(jìn)行改性,研究改性后的鈦鈮酸鹽基復(fù)合光催化劑的光催化性能以及不同制備條件對催化性能的影響。所制備的各組復(fù)合光催化劑采用了X射線粉末衍射（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）、透射電鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、光致發(fā)光譜（PL）和紫外-可見漫反射（DRS）等測試方法進(jìn)行表征,通過測試樣品可見光照射下降解有色染料的脫色率來表征其光催化性能,主要研究內(nèi)容如下:（1）將鈦酸異丙酯與鈦鈮酸鉀(K_... 

【文章來源】：江蘇大學(xué)江蘇省

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光催化半導(dǎo)體的催化原理

怠?型、III型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)催化劑不能作為理想的半導(dǎo)體催化劑，因?yàn)镮型、III型反應(yīng)體系中涉及到氧化還原對、離子電子的逆反應(yīng)的影響以及氧化還原對對入射光的屏蔽的影響，從而導(dǎo)致催化性能不佳；但是II型異質(zhì)結(jié)光催化劑，也是兩種半導(dǎo)體復(fù)合異質(zhì)結(jié)中，性能最優(yōu)異質(zhì)結(jié)光催化劑，因?yàn)镮I型異質(zhì)結(jié)光催化劑中，導(dǎo)帶較負(fù)的半導(dǎo)體中的電子轉(zhuǎn)移到到另一個半導(dǎo)體電位較正的導(dǎo)帶中，空穴也是同樣的從較正電位的價帶遷移到較負(fù)的電位[27,28]，結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，從而表現(xiàn)出較高的e和h+分離效率、寬的光吸收范圍及快速傳導(dǎo)等優(yōu)點(diǎn)。圖1.2TypeⅡ異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.2TheschematicdiagramoftypeⅡheterojunction異質(zhì)結(jié)構(gòu)建的光催化材料種類日益豐富，因其本身所具備的研究價值，相關(guān)研究報道也越來越多。例如，Wetchakun等發(fā)明了一種BiVO4/CeO2異質(zhì)結(jié)光催化劑用于降解幾種有色染料的混合溶液具有較好效果，其研究結(jié)果也證明具有不同的等電點(diǎn)半導(dǎo)體復(fù)合，能夠吸附不同的離子染料[29]。Li等人制備的TiO2/g-C3N4，是一種復(fù)合異質(zhì)結(jié)光催化劑，存在的Ti3+摻雜的效應(yīng)，能有效提高復(fù)合光催化劑降解甲基藍(lán)效率，相同實(shí)驗(yàn)條件下，其降解性能均高于單一組分[30]。綜上，兩種半導(dǎo)體材料復(fù)合構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，復(fù)合材料具有出色的光催化效果主要也是是由于異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)界面，能有效的降低了e和h+的重組復(fù)合率，也因

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文7此增加量子產(chǎn)率，能進(jìn)一步表明構(gòu)建異質(zhì)結(jié)，是提高催化劑光催化活性的有效方法。1.4鈦鈮酸鹽材料鈦鈮酸鹽作為一種新型常見的半導(dǎo)體層狀化合物，得到越來越多的研究人員注意，鈦鈮酸鹽層間帶電荷離子或者一些中性分子，特點(diǎn)是這些層間離子一般可變換，因?yàn)槿醯膬r鍵作用，不過為了平衡層板的帶電電荷，一般帶電離子電荷與層板電荷相反，從而保持化合物電荷平衡。另外層狀鈦鈮酸鹽具有二維納米層板結(jié)構(gòu)相互疊加形成長程有序并具有一些層間物質(zhì)存在的無機(jī)晶體材料，其結(jié)構(gòu)模式如圖1.3所示。圖1.3層狀鈦鈮酸鹽化合物的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.3Structuralrepresentationoflayertitanoniobatecompounds1.4.1鈦鈮酸鹽材料的組成NbO6或TiO6八面體結(jié)構(gòu)，是組成層狀鈦鈮酸鹽材料的層板結(jié)構(gòu)的小單元晶體，八面體的連接方式有兩種，一種共邊連結(jié)如圖1.4(a)，另一種共角如圖1.4(b)，連結(jié)，以此形成的單一平面，也就是層狀結(jié)構(gòu)的層板組成，多層堆疊，最后形成層板狀化合物的主體，并且層狀鈮酸鹽層板間的距離是納米級，在三維空間中有序排列，例如K3Ti5NbO14，具有典型的各向異性棒狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的電子性能[31]，尤其是非均質(zhì)層棒狀結(jié)構(gòu)，被用作催化劑基底時，可以提供一種縱向遷移路徑，減少載流子的復(fù)合[32]。圖1.4TiO6八面體晶體結(jié)構(gòu)(a)共邊連接和(b)共角連接Fig.1.4ThecrystalstructureofTiO6,(a)edgeconnection,(b)angleconnection

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]g-C3N4界面改性:摻雜金屬硫化物構(gòu)建新型異質(zhì)結(jié)光催化劑的能源轉(zhuǎn)換展望（英文）[J]. 任亦杰,曾德乾,Wee-Jun Ong.  催化學(xué)報. 2019(03)
[2]Efficient Photoelectrochemical Water Splitting by g-C3N4/TiO2 Nanotube Array Heterostructures[J]. Changhai Liu,Fang Wang,Jin Zhang,Ke Wang,Yangyang Qiu,Qian Liang,Zhidong Chen.  Nano-Micro Letters. 2018(02)

博士論文
[1]半導(dǎo)體材料的能帶調(diào)控及其光催化性能的研究[D]. 王俊鵬.山東大學(xué) 2013

碩士論文
[1]改性層狀鈦鈮酸鹽的制備與性能研究[D]. 趙俊斌.安徽理工大學(xué) 2009



本文編號：3550508