本文關(guān)鍵詞：石墨烯基半導(dǎo)體納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究

  更多相關(guān)文章： 硫化鋅 二氧化鈦 石墨烯 納米復(fù)合材料 溶劑熱法 光催化降解

【摘要】：隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展,我們所面臨的環(huán)境污染問題日趨嚴重。環(huán)境污染的控制與治理已成為21世紀人類社會面臨的亟待解決的重大問題。光催化技術(shù)由于其具有工藝簡單、可直接利用太陽能作為光源來驅(qū)動反應(yīng)、降解污染物徹底和無二次再生污染等特點,被認是一種理想的新型環(huán)境污染治理技術(shù)。然而半導(dǎo)體材料在光催化應(yīng)用過程中也存在著一些亟待解決的問題,例如:半導(dǎo)體納米顆粒容易發(fā)生團聚現(xiàn)象進而導(dǎo)致吸附性能下降、較寬的帶隙導(dǎo)致只能吸收利用太陽光中有限的紫外光部分、光生載流子易于再復(fù)合導(dǎo)致光量子產(chǎn)率較低等。石墨烯是一種由單層碳原子通過sp2雜化方式緊密堆積而成的二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的新型碳材料。將傳統(tǒng)半導(dǎo)體光催化材料與石墨烯進行復(fù)合,利用石墨烯超高的比表面積、良好的導(dǎo)電性能和規(guī)整的二維平面結(jié)構(gòu)作為光催化材料的載體。一方面可以減少半導(dǎo)體納米粒子的團聚,有效的增加光催化反應(yīng)活性位;另一方面也可以通過分離與轉(zhuǎn)移光生載流子,減少光生電子-空穴對再復(fù)合的幾率,從而使得復(fù)合材料的光催化活性得到有效提高。基于以上背景,本論文利用石墨烯特殊的功能特性,采用一步溶劑熱法制備了石墨烯基半導(dǎo)體光催化復(fù)合材料,探索了光催化復(fù)合材料的最優(yōu)制備路線,對其晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、表面缺陷以及光催化降解性能等進行了詳細的研究,并對光催化復(fù)合材料的光催化增強機理進行了深入的探討。本論文的主要研究內(nèi)容和取得的結(jié)果如下:(1)采用氧化石墨烯水溶液、醋酸鋅和硫化鈉為反應(yīng)前驅(qū)物,并通過調(diào)節(jié)溶劑熱反應(yīng)的時間與溫度,探索制備ZnS/RGO納米復(fù)合材料的最佳反應(yīng)條件。結(jié)果表明:在180℃、10 h的初始反應(yīng)條件下制備的復(fù)合材料具有相對較高的結(jié)晶度、相對最為均勻的表面分布以及最優(yōu)異的光催化降解性能。(2)分別使用硫化鈉和硫脲作為反應(yīng)前驅(qū)物在優(yōu)化的初始反應(yīng)條件下(180℃、10 h)制備了ZnS/RGO納米復(fù)合材料,并詳細的分析對比了硫化鈉和硫脲這兩種不同前驅(qū)物的水解速率對復(fù)合材料制備以及光催化活性的影響。結(jié)果表明:使用硫化鈉作為反應(yīng)前驅(qū)物制備的復(fù)合材料具有相對較高的結(jié)晶度、相對更加均勻的表面分布、較低的表面缺陷以及最高的光催化降解效率。(3)分別使用TiO_2粉末(P25)和鈦酸四丁酯(TBOT)作為反應(yīng)前驅(qū)物制備了ZnS-TiO_2/RGO三元納米復(fù)合材料,并對三元復(fù)合材料光催化降解活性增強的機理進行了探討。結(jié)果表明:ZnS-TiO_2/RGO多元復(fù)合材料的光催化降解性能優(yōu)于ZnS/RGO納米復(fù)合材料。此外,使用TBOT制備的ZnS-TiO_2/RGO三元復(fù)合材料的光催化降解效率要明顯的高于使用P25制備的。
【關(guān)鍵詞】：硫化鋅 二氧化鈦 石墨烯 納米復(fù)合材料 溶劑熱法 光催化降解
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TB33
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-32
• 1.1 引言13-14
• 1.2 半導(dǎo)體光催化材料概述14-22
• 1.2.1 半導(dǎo)體光催化反應(yīng)機理14-16
• 1.2.2 影響半導(dǎo)體光催化性能的因素16-18
• 1.2.3 提高半導(dǎo)體光催化活性的方法18-21
• 1.2.4 常見半導(dǎo)體光催化材料簡介21-22
• 1.3 石墨烯基半導(dǎo)體光催化材料概述22-30
• 1.3.1 石墨烯簡介22-24
• 1.3.2 石墨烯增強半導(dǎo)體光催化活性的機理24-25
• 1.3.3 石墨烯基復(fù)合光催化材料的制備25-28
• 1.3.4 石墨烯基半導(dǎo)體復(fù)合材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用28-30
• 1.4 本論文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容30-32
• 第2章 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究32-42
• 2.1 引言32-33
• 2.2 實驗部分33-36
• 2.2.1 實驗設(shè)備33
• 2.2.2 實驗試劑33-34
• 2.2.3 材料制備34-35
• 2.2.4 樣品表征35
• 2.2.5 光催化性能測試35-36
• 2.3 結(jié)果與討論36-41
• 2.3.1 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)分析36-37
• 2.3.2 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的微觀形貌分析37-39
• 2.3.3 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的光催化性能分析39-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第3章 不同的S~(2-)離子來源對ZnS/RGO復(fù)合材料制備及其光催化性能影響的研究42-55
• 3.1 引言42-43
• 3.2 實驗部分43-46
• 3.2.1 實驗設(shè)備43
• 3.2.2 實驗試劑43-44
• 3.2.3 材料制備44-45
• 3.2.4 樣品表征45
• 3.2.5 光催化性能測試45-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-53
• 3.3.1 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)分析46-47
• 3.3.2 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的微觀形貌分析47-48
• 3.3.3 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的拉曼光譜分析48-50
• 3.3.4 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的光催化性能分析50-52
• 3.3.5 ZnS/RGO納米復(fù)合材料的光催化降解機理分析52-53
• 3.4 本章小結(jié)53-55
• 第4章 ZnS-TiO_2/RGO三元納米復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究55-69
• 4.1 引言55-56
• 4.2 實驗部分56-60
• 4.2.1 實驗設(shè)備56-57
• 4.2.2 實驗試劑57
• 4.2.3 材料制備57-59
• 4.2.4 樣品表征59
• 4.2.5 光催化性能測試59-60
• 4.3 結(jié)果與討論60-67
• 4.3.1 ZnS-TiO_2/RGO多元復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)分析60-61
• 4.3.2 ZnS-TiO_2/RGO多元復(fù)合材料的微觀形貌分析61-63
• 4.3.3 ZnS-TiO_2/RGO多元復(fù)合材料的拉曼光譜分析63-64
• 4.3.4 ZnS-TiO_2/RGO多元復(fù)合材料的光催化性能分析64-66
• 4.3.5 ZnS-TiO_2/RGO多元復(fù)合材料的光催化降解機理分析66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-69
• 結(jié)論69-72
• 參考文獻72-83
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果83-84
• 致謝84-85

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