以自然界廣泛存在、取之不盡的太陽能為驅(qū)動力的光催化劑因其綠色、價格低廉等優(yōu)勢在環(huán)保領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注。ZnO,一種多功能的無機(jī)半導(dǎo)體材料,具有較大的激子結(jié)合能和電子遷移率,在光電傳感領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用;同時其合成簡單、形貌豐富、熱穩(wěn)定性好,有望成為傳統(tǒng)光催化劑TiO₂的替代品。然而載流子復(fù)合嚴(yán)重,對太陽光的利用不足（Eg³.37 eV）,易受光腐蝕等缺點限制了它的進(jìn)一步利用。近年來,人們普遍采用離子摻雜、構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)、表面修飾等方法對其進(jìn)行調(diào)控,使得ZnO的光催化活性有了明顯的改善。在我們的工作中,通過堿土元素Mg摻雜、半導(dǎo)體CeO₂/ZnSe復(fù)合、負(fù)載貴金屬Pt的方法來增強(qiáng)ZnO的光催化性能;更重要的是,針對大部分研究關(guān)于光催化降解過程中的機(jī)理尚不明確的問題,我們利用表面光伏技術(shù)（SPV,TPV,SPC）詳細(xì)研究并分析了光生電荷行為,為光催化劑的設(shè)計提供了新的思路,開展的主要工作如下:1.采用簡易的化學(xué)沉淀法合成了Mg-ZnO光催化劑,在碘鎵紫外燈下測試了降解RhB的活性,并利用功函測試,表面光伏技術(shù)對光生電荷行為進(jìn)行了... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體的光催化過程[8]

第一章緒論3半導(dǎo)體種類繁多，而良好的光催化材料必須具有合適的能帶結(jié)構(gòu)。在水溶液中，當(dāng)半導(dǎo)體導(dǎo)帶位置高于氧氣的還原電位或是價帶位置高于水或氫氧根離子的氧化電位時光催化反應(yīng)才可以高效進(jìn)行。窄帶隙半導(dǎo)體雖然對可見光有良好的吸收，但其較低的導(dǎo)價帶電位通常導(dǎo)致光催化效率低；寬帶隙半導(dǎo)體能夠產(chǎn)生足量的氧化活性物質(zhì)但大部分僅能夠吸收紫外光，對可見光的利用不足，造成能量的浪費(fèi)�；谝陨蟽牲c，近年來離子摻雜、構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)、表面缺陷態(tài)合成等策略被用來調(diào)節(jié)能帶位置從而改善半導(dǎo)體的光催化性能。EsraBilginSimsek[9]通過溶劑熱的方法合成了B摻雜的TiO2增強(qiáng)了TiO2在可見光下對雙酚A等有機(jī)物的降解能力。B離子通過進(jìn)入TiO2晶格并替換掉Ti離子從而減小TiO2的帶隙，同時B離子作為電子陷阱可以提高電子空穴對的分離效率，并且增大的比表面積也提供了更多的反應(yīng)活性位點，三者共同促進(jìn)光催化性能的提升。HassanAnwer[10]等人制備了新型鍵合作用的rGO/ZrO2/Ag3PO4復(fù)合物，該復(fù)合物對紫外-可見光顯示出良好的吸收，同時ZrO2和Ag3PO4之間形成的異質(zhì)結(jié)（圖1.2）有助于電子空穴對的分離，rGO不僅增加了催化劑對污染物的吸附能力，同時將電子快速導(dǎo)出有效抑制了Ag3PO4的光腐蝕，復(fù)合物量子產(chǎn)率得到顯著提高，在90分鐘內(nèi)對PNP的去除率達(dá)到97%，遠(yuǎn)超相同條件下其他光催化體系。圖1.2Ag3PO4和ZrO2的能帶位置（a）接觸前，（b）紫外光下接觸后。Figure1.2Band-edgepositionsofAg3PO4andZrO2(a)Beforecontact,(b)AftercontactunderUVlight.

第一章緒論4Wang[11]等人制備了超薄g-C3N4@Bi2WO6核殼結(jié)構(gòu)，二者間形成的界面電場促進(jìn)光生電荷的遷移（圖1.3），電子和空穴分別到達(dá)不同材料的導(dǎo)價帶，降低了復(fù)合幾率，在可見光下降解苯酚的速率分別是g-C3N4和Bi2WO6的5.7和1.9倍。圖1.3可見光下g-C3N4@Bi2WO6光生電子空穴對分離示意圖。Figure1.3Photogeneratedelectron-holepairsseparationdiagramofg-C3N4@Bi2WO6undervisiblelight.Ma[12]等人采用高粘度溶劑熱法合成了氧空位豐富的BiOCl納米片，由于Bi-O鍵的低鍵能和高鍵長，氧空位占主導(dǎo)地位的缺陷態(tài)可誘導(dǎo)激子解離產(chǎn)生更多光生電子，同時擴(kuò)展催化劑光譜響應(yīng)范圍到可見光，其強(qiáng)的氧化性和分子氧活化能力有助于提高光催化CO2還原的活性，氧空位豐富與普通BiOCl能帶結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。圖1.4BOC-OV和BOC能帶位置對比示意圖。Figure1.4Diagramoftheband-edgepositionsofBOC-OVandBOC.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]設(shè)計和制備能量轉(zhuǎn)換和環(huán)境凈化的高效異質(zhì)結(jié)光催化劑[J]. 余長林,周晚琴,濟(jì)美,劉鴻,魏龍福.  催化學(xué)報. 2014(10)



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