能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴重,如何簡單高效地解決這兩個問題引起了研究人員的極大興趣。光催化技術(shù)以可再生無污染的太陽能為能源,以半導(dǎo)體納米材料為催化劑,通過簡單易操作光催化反應(yīng)就能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。因此其成為最理想和最有效的解決能源和環(huán)境問題的途徑。而催化劑是決定光催化性能的最重要組分。本論文中,我們以半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)造理論和半導(dǎo)體納米材料本身特性為依據(jù),通過對半導(dǎo)體納米材料[氧化鋅(ZnO)、無機鈣鈦礦量子點(CsPbX3 QDs,X=C1,Br,I)、金屬有機框架材料(MOFs)]進行異質(zhì)結(jié)構(gòu)造或進一步異質(zhì)結(jié)界面調(diào)控,解決了其存在的光生電子-空穴復(fù)合、光譜吸收范圍窄、應(yīng)用范圍研究不充分和催化效率低的問題。然后將這些納米材料催化劑應(yīng)用到有機污染物的光催化降解處理方面,取得了一系列的進展。具體的工作內(nèi)容包括:(1)采用化學(xué)沉積法原位生長PbS、CdS、CdSe量子點于三維ZnO納米管陣列上,制備了高效的PbS/ZnO,CdS/ZnO,CdSe/ZnO異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑。通過對量子點沉積次數(shù)的調(diào)節(jié),制備出了負載了不同含量量子點的異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑,并將這些異質(zhì)結(jié)催化劑用于光催化降解甲基橙。系統(tǒng)的光催化實驗表明,與單體ZnO和復(fù)合催化劑CdS/ZnO(或CdSe/ZnO)相比,PbS/ZnO異質(zhì)結(jié)復(fù)合催化劑具有最高的光催化活性,能夠在30 min內(nèi)將甲基橙幾乎100%降解。(2)采用室溫過飽和結(jié)晶的方法合成了無機鈣鈦礦量子點[CsPbX3 QDs(X=C1,Br,I)],并將其首次用于光催化降解甲基橙的性能研究中。通過光催化實驗研究CsPbC13 QDs、CsPbBr3 QDs和CsPbI3 QDs這三種不同無機鈣鈦礦量子點催化劑及同一無機鈣鈦礦量子點催化劑加入不同含量在光催化降解甲基橙時的催化性能,實驗結(jié)果表明尺寸更小的CsPbC13 QDs具有最優(yōu)異的光催化氧化活性,該催化劑能夠在100 min內(nèi)將甲基橙溶液從橙黃色降解為無色溶液。(3)采用自下到上的方法在泡沫鎳基底上合成了復(fù)合催化劑AuNC@ZIF-8(Cu)NRAs。研究發(fā)現(xiàn),在該ZIF-8基復(fù)合材料中配位不飽和金屬位點上摻雜Cu能夠調(diào)節(jié)封裝的Au納米簇的表面電荷,使Au納米簇呈現(xiàn)出正電性從而更容易與氫原子結(jié)合形成Au-H中間體,進而提高復(fù)合催化劑催化硝基苯類化合物加氫還原的催化活性。實驗結(jié)果表明,與催化劑AuNC@ZIF-8、ZIF-8(Cu)NRAs和Au NP相比,復(fù)合催化劑AuNC@ZIF-8(Cu)NRAs對硝基苯類化合物的催化還原性能的確顯著提高,其降解率在6 min就可以達到98%。同時,對復(fù)合催化劑AuNC@ZIF-8(Cu)NRAs的應(yīng)用范圍的研究表明,該催化劑對例如3-硝基苯酚、2-硝基苯酚、硝基苯胺和二硝基苯等硝基苯類化合物都展現(xiàn)出優(yōu)異的催化還原能力。此外,經(jīng)過10次循環(huán)實驗后的研究結(jié)果表明,該催化劑的催化還原活性,穩(wěn)定性和形貌都沒有明顯變化,證明該復(fù)合催化劑具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X703;O643.36;O644.1
【部分圖文】：

?第１章緒論???方面的論文就有上千篇，目前這些研宄主要集中在利用Ｔｉ０２、ＺｎＯ、ｇ－Ｃ３Ｎ４、Ｆｅ２〇３??和ＢｉＯＸ?（Ｘ?＝?Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）等半導(dǎo)體納米材料對污染物進行催化降解處理［２２＇２６］。在近??幾十年研宄中，利用光催化技術(shù)來降解處理污水中的有機污染物己經(jīng)取得了相當??大的成就。所以就目前存在的能源短缺和環(huán)境污染問題，光催化技術(shù)已經(jīng)成為熱??門的選擇。??１．３．?２半導(dǎo)體納米材料光催化反應(yīng)的機理??

?ｂ?ｃ??圖１．１?（ａ）絕緣體；（ｂ）半導(dǎo)體；（ｃ）導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)示意圖。??）｜＞??／?產(chǎn)物麵（ｖ）??（ｉ）７Ｖｃ，還原反？）???１?＂＂＂＿?＿＿＿＿?＿＿＿＿＿＿＿＿＿１?￣?＾?反應(yīng)物仲）??＼??（ｉｉ）?Ｅｇ??＼?｜?ｖｂ?①－＾＾＾產(chǎn)物脫附⑴??＼／ｖ氧化反應(yīng)（ｉｖ）??反應(yīng)物（ｉｉｉ）??圖１．２半導(dǎo)體光催化反應(yīng)過程示意圖。??首先從能帶結(jié)構(gòu)上分析為什么半導(dǎo)體納米材料是最適合進行光催化反應(yīng)的??材料。絕緣體、半導(dǎo)體和導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)如圖１．１所示。從圖中可以看出，物質(zhì)??的能級分為許多能帶，有電子的為滿帶，沒有電子的為空帶，而滿帶與空帶之間??４??

度介于絕緣體和導(dǎo)體之間，有利于電子的激發(fā)和分離，這種結(jié)構(gòu)特點使半導(dǎo)體材??料適合作為光催化反應(yīng)的催化劑材料。??簡單來說，半導(dǎo)體光催化反應(yīng)主要包括５個步驟（如圖１．２所示）：（ｉ）半導(dǎo)??體納米材料吸收光，產(chǎn)生光生電子－空穴對；（ｉｉ）光生電子－空穴對的分離與遷移；??（ｉｉｉ）反應(yīng)物的吸附；（ｉｖ）半導(dǎo)體納米材料表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)；（ｖ）產(chǎn)物的??脫附。具體過程可以解釋如下，當半導(dǎo)體催化劑受到能量等于或大于其帶隙值??（Ｅｇ）的光照射時，電子（ｅＯ從價帶（ＶＢ）躍遷到導(dǎo)帶（ＣＢ），并在ＶＢ上留??下空穴（ｈ＋）；被激發(fā)的ｅ－和ｈ＋躍遷到催化劑表面，ＣＢ上的ｅ？應(yīng)該具有＋０．５到－１．５??Ｖ的化學(xué)電位（相對于標準氫電極），并且表現(xiàn)出較強的還原能力，同時ＶＢ上??的ｈ＋應(yīng)該具有＋１．０到＋３．５?Ｖ的化學(xué)電位（相對于標準氫電極），且具有較強的氧??化能力，ｅ？和ｈ＋能夠與吸附在半導(dǎo)體表面的電子給體和電子受體發(fā)生氧化和還原??反應(yīng)
【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 肖娟定;李丹丹;江海龍;;金屬有機框架材料在光催化中的應(yīng)用[J];中國科學(xué):化學(xué);2018年09期

2 梁祥;陳蓮芬;張利;蘇成勇;;金屬-有機框架在光催化中的應(yīng)用[J];科學(xué)通報;2018年03期

3 尚義;牛富軍;沈少華;;二氰胺鈷、鎳調(diào)控釩酸鉍界面載流子傳輸及光催化產(chǎn)氧研究（英文）[J];催化學(xué)報;2018年03期

4 袁芳衛(wèi);許榮辰;莫江;;鐵、鈷、鎳等廉價金屬配合物光催化二氧化碳還原的研究[J];化工管理;2018年03期

5 劉一鳴;張曦;陳芳艷;唐玉斌;;Ag_3PO_4/Bi_2O_3異質(zhì)結(jié)光催化劑的制備及其光催化性能研究[J];江蘇科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2019年05期

6 沈珺;王瑞;劉芹芹;楊小飛;唐華;楊進;;利用有機助劑提高TiO_2光催化產(chǎn)氫和降解性能（英文）[J];催化學(xué)報;2019年03期

7 何鵬琛;周健;周阿武;豆義波;李建榮;;MOFs基材料在光催化CO_2還原中的應(yīng)用[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2019年05期

8 葛明;李振路;;基于Ag_3PO_4的全固態(tài)Z型光催化體系研究進展（英文）[J];催化學(xué)報;2017年11期

9 黃志華;;雜多酸光催化體系對全氟辛烷磺酸鉀的脫氟研究[J];廣東化工;2015年13期

10 ;中國科大在可見光催化脫羧偶聯(lián)反應(yīng)領(lǐng)域取得突破[J];能源化工;2019年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孫文龍;多酸基功能性雜化材料的構(gòu)筑與光催化[D];大連理工大學(xué);2019年

2 李佳男;尖晶石復(fù)合金屬氧化物改性及其光催化性能研究[D];大連理工大學(xué);2019年

3 孫祥;基于小分子轉(zhuǎn)化的光催化材料制備及催化機理研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所);2019年

4 郭帆;含羧酸配體金屬有機框架納米材料的可控合成及其光催化性能研究[D];南京大學(xué);2019年

5 曾影;新型MoS_2基異質(zhì)結(jié)的構(gòu)建及其可見光催化性能研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所);2019年

6 馬冬梅;高性能共軛碳材料/BiOX（X=Cl、Br、I）的原位構(gòu)筑及光催化性能增強機理[D];中國工程物理研究院;2019年

7 肖玉婷;氮化碳/氧化物半導(dǎo)體分級結(jié)構(gòu)調(diào)控及其光催化性能研究[D];黑龍江大學(xué);2019年

8 高歌;半導(dǎo)體界面調(diào)控增強光催化性能[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

9 王博文;銅離子光還原及光催化Click反應(yīng)的研究[D];北京化工大學(xué);2017年

10 盧照;石墨相氮化碳基光催化材料的制備及其性能研究[D];華中科技大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王雪麗;高效石墨相氮化碳基光催化體系的設(shè)計、制備及其降解四環(huán)素性能研究[D];華南理工大學(xué);2019年

2 杜娟;具有光催化記憶的WO_3/g-C_3N_4制備及性能研究[D];西安科技大學(xué);2019年

3 趙馨睿;石墨相氮化碳復(fù)合光催化劑制備及性能研究[D];西安科技大學(xué);2019年

4 楊梓歆;鈷基卟啉配合物和復(fù)合材料光催化CO_2還原研究[D];云南師范大學(xué);2019年

5 吳瑞娟;過渡金屬基MOFs材料的構(gòu)筑及光電催化性能的研究[D];長春理工大學(xué);2019年

6 黃燕霞;Cs_xPW_(11)O_(39)M(H_2O)/TiO_2納米管復(fù)合材料的制備及可見光催化性能研究[D];海南師范大學(xué);2019年

7 劉靜杰;基于配位作用下過渡金屬（Cu、Co、Ni）調(diào)控g-C_3N_4光催化性能研究[D];東華理工大學(xué);2019年

8 吳熙;基于金屬（Ag，K，Au）調(diào)控g-C_3N_4電子結(jié)構(gòu)和光催化性能及機制研究[D];東華理工大學(xué);2019年

9 黃艷珍;MO_x/CNTs/rGO復(fù)合材料的制備及光催化性能研究[D];華僑大學(xué);2019年

10 王寧寧;基于二氧化鈦的可見光光催化選擇氧化體系的研究[D];華中師范大學(xué);2019年

本文編號：2864427