半導(dǎo)體光催化劑由于在緩解能源短缺和解決環(huán)境污染等問題上具有廣泛應(yīng)用前景而備受關(guān)注。過去,我們用傳統(tǒng)能帶理論解釋光催化機(jī)理,雖然簡化了求解過程,但卻忽略了半導(dǎo)體光激發(fā)產(chǎn)生的電子和空穴間的相互作用。一旦考慮到這兩者間的相互作用,那么光催化反應(yīng)中就出現(xiàn)了新的光生物種-激子。低電子屏蔽效應(yīng)和高介電性能二維結(jié)構(gòu)材料的激子效應(yīng)尤為顯著,光生電子和空穴極易在局域的二維結(jié)構(gòu)中發(fā)生強(qiáng)相互作用,通過庫倫作用力結(jié)合生成大量激子,而激子對于半導(dǎo)體光催化劑降解有機(jī)污染物是不利的。本課題為了加速二維結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體g-C3N4和BiOCl中的激子解離,通過在g-C3N4中引入氮空位,BiOCl表面沉積貴金屬Ag,將Ag、AgIO3與BiOCl復(fù)合構(gòu)建異質(zhì)結(jié),促進(jìn)了激子解離,增強(qiáng)了 g-C3N4和BiOCl的光催化性能。其主要結(jié)論如下:(1)熱聚合法合成了氮空位g-C3N4。氮空位造成體系能量紊亂,光照下,氮空位優(yōu)先捕獲g-C3N4中的激子,然后促使激子在能量紊亂區(qū)分離為自由電子和空穴。自由電子的累積抬升g-C3N4的導(dǎo)帶位置,同時(shí),量子限域效應(yīng)導(dǎo)致其價(jià)帶位置更正,氮空位g-C3N4具有強(qiáng)的氧化還原能力。(2)光照還原法...

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 課題研究背景
    1.2 理論依據(jù)
        1.2.1 傳統(tǒng)半導(dǎo)體光催化機(jī)制的局限性
        1.2.2 激子與激子結(jié)合能
        1.2.3 二維材料中的激子效應(yīng)
        1.2.4 激子效應(yīng)對光催化機(jī)制的影響
        1.2.5 影響半導(dǎo)體光催化活性的因素
    1.3 研究進(jìn)展
        1.3.1 缺陷促使激子解離研究進(jìn)展
        1.3.2 貴金屬促使激子解離研究進(jìn)展
        1.3.3 半導(dǎo)體復(fù)合促使激子解離研究進(jìn)展
    1.4 本論文的研究意義及內(nèi)容
2 實(shí)驗(yàn)方案和研究方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)原料
    2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    2.3 光催化劑的測試和表征
        2.3.1 光催化劑物相分析
        2.3.2 光催化劑結(jié)構(gòu)分析
        2.3.3 光催化劑微觀形貌分析
        2.3.4 光催化劑化學(xué)成分分析
        2.3.5 光催化劑光學(xué)性質(zhì)分析
        2.3.6 光催化劑電化學(xué)性能分析
        2.3.7 光催化劑光催化性能分析
        2.3.8 光催化反應(yīng)過程中活性物種分析
        2.3.9 理論計(jì)算
3 捕獲和分離激子調(diào)控g-C₃N₄的能帶結(jié)構(gòu)
    3.1 引言
    3.2 熱聚合法合成_g-C₃N₄光催化劑
    3.3 g-C₃N₄光催化劑的光催化性能
        3.3.1 g-C₃N₄光催化劑的結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 g-C₃N₄光催化劑的微觀形貌分析
        3.3.3 g-C₃N₄光催化劑的元素分析
        3.3.4 g-C₃N₄光催化劑的電子結(jié)構(gòu)分析
        3.3.5 g-C₃N₄光催化劑的電化學(xué)性能
        3.3.6 g-C₃N₄光催化劑的光催化性能
        3.3.7 g-C₃N₄光催化劑的光催化機(jī)理研究
    3.4 本章小結(jié)
4 激子解離增強(qiáng)Ag-OVs-(001) BiOCl光催化性能研究
    4.1 引言
    4.2 光催化劑的制備
        4.2.1 暴露(001)晶面BiOCl光催化劑的制備
        4.2.2 Ag-OVs-(001)BiOCl光催化劑的制備
    4.3 Ag-OVs-(001) BiOCl的形成機(jī)理
        4.3.1 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的結(jié)構(gòu)分析
        4.3.2 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的形貌分析
        4.3.3 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的元素化學(xué)形態(tài)分析
        4.3.4 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的形成機(jī)理
    4.4 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化性能和增強(qiáng)機(jī)理
        4.4.1 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的光吸收和能帶結(jié)構(gòu)分析
        4.4.2 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的光催化性能
        4.4.3 Ag-OVs-(001) BiOCl光催化劑的光催化機(jī)理分析
    4.5 本章小結(jié)
5 Ag/BiOCl/AgIO₃異質(zhì)結(jié)光催化劑的形成及降解穩(wěn)定性研究
    5.1 引言
    5.2 光催化劑的制備
        5.2.1 AgIO₃的制備
        5.2.2 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的制備
    5.3 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的合成機(jī)理
        5.3.1 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的物相和結(jié)構(gòu)分析
        5.3.2 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的光吸收和能帶結(jié)構(gòu)分析
        5.3.3 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的元素化學(xué)形態(tài)分析
        5.3.4 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的形貌分析
        5.3.5 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的形成機(jī)理
    5.4 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑光催化性能研究
        5.4.1 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的光催化性能
        5.4.2 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的光催化機(jī)理
    5.5 Ag/BiOCl/AgIO₃光催化劑的降解穩(wěn)定性研究
        5.5.1 Ag/BiOCl/AglO₃光催化劑的降解循環(huán)研究
        5.5.2 Ag/BiOCl/AgIO₃轉(zhuǎn)變?yōu)锳g/BiOCl/Agl光催化劑的機(jī)理
    5.6 本章小結(jié)
6 結(jié)論
致謝
參考文獻(xiàn)
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本文編號：3754333