本文關(guān)鍵詞：碳化硅納米復(fù)合材料的制備及其在光催化中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：碳化硅是碳-硅鍵合的Ⅳ-Ⅳ族半導(dǎo)體,具有優(yōu)異的物理性質(zhì),已被廣泛應(yīng)用于制造高溫、高壓和高頻等極端條件下的半導(dǎo)體器件。此外,由于碳化硅具有非常高的化學(xué)惰性,因此常被用于催化和催化劑的載體。本文選擇立方相碳化硅(3C-SiC)作為主要研究對(duì)象,設(shè)計(jì)、制備了具有高催化活性的與3C-SiC相關(guān)的新型復(fù)合光催化材料,并對(duì)其納米結(jié)構(gòu)及復(fù)合物的催化性能進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究,獲得的主要結(jié)果如下：1、以微米級(jí)商用大顆粒3C-SiC為前驅(qū)物,使用硝酸與氫氟酸對(duì)其進(jìn)行化學(xué)腐蝕并超聲剝離,制備出平均粒徑在2-7nm之間的近圓形3C-SiC納米顆粒。這些納米顆粒具有良好的發(fā)光性質(zhì),發(fā)光峰位在400-600 nm范圍,且隨激發(fā)波長(zhǎng)增大而紅移。根據(jù)傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)等譜學(xué)檢測(cè)手段對(duì)3C-SiC納米顆粒進(jìn)行分析研究,發(fā)現(xiàn)所制備的SiC納米顆粒表面有大量的Si-OH鍵。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)均表明,這是由于3C-SiC在納米尺度時(shí),顆粒表面的Si-Si二聚物能夠有效地解離水分子,形成Si終端的Si-H和Si-OH鍵,這些-OH鍵捕獲光生空穴后,能夠形成具有高氧化活性的羥基自由基(OH·),從而提高復(fù)合反應(yīng)體系的降解能力。2、TiO2半導(dǎo)體材料具有很高的催化活性,并且相對(duì)廉價(jià),無(wú)毒無(wú)害,化學(xué)穩(wěn)定性高,是一種理想的光催化材料。但由于TiO2能隙較大(銳鈦礦相約3.2eV),只有約占太陽(yáng)光5%的紫外光部分才能激發(fā),光響應(yīng)范圍較窄,限制了其實(shí)際應(yīng)用。我們通過改進(jìn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法,在陽(yáng)極氧化法制備的TiO2納米管陣列中均勻地涂覆上3C-SiC納米顆粒,經(jīng)過退火后,制備出3C-SiC與TiO2復(fù)合材料。復(fù)合材料的降解效率明顯高于單純的TiO2納米管陣列,通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究,我們認(rèn)為除3C-SiC與TiO2之間良好的能帶匹配外,在SiC與TiO2之間還形成了大量的p-n結(jié),這些p-n結(jié)能夠有效地分離光生電子和空穴,而且復(fù)合物中3C-SiC納米顆粒的自催化性能也能夠提供更多的-OH,從而提高光催化活性。3、ZnS是寬禁帶、具有多種晶體形態(tài)的直接帶隙半導(dǎo)體,在光電以及催化等方面有重要的應(yīng)用。我們利用3C-SiC與ZnS的能帶特點(diǎn),設(shè)計(jì)并制備了3C-SiC/ZnS復(fù)合光催化材料,有效地拓展ZnS的光響應(yīng)范圍,增強(qiáng)其光催化活性。我們研究了ZnS與3C-SiC的自組裝生長(zhǎng)行為,并提出了其生長(zhǎng)模型和機(jī)理,由于化學(xué)腐蝕法制備的3C-SiC納米顆粒表面具有豐富的化學(xué)基團(tuán),這些基團(tuán)能夠與L-半胱氨酸的硫醇鍵和Zn2+所生成的絡(luò)合物(Cys/Zn)結(jié)合,在隨后的水熱過程中,生長(zhǎng)成為ZnS與SiC納米復(fù)合物。光電化學(xué)測(cè)試顯示,ZnS為n型,而3C-SiC為p型,因此兩者的密切接觸形成了p-n結(jié),能夠有效驅(qū)動(dòng)光生電子和空穴的分離。3C-SiC/ZnS復(fù)合材料與單純的ZnS相比,其光催化活性大大提高。本方法材料制備方便,能耗低,可以推廣到其它3C-SiC基復(fù)合催化材料的生長(zhǎng)。
【關(guān)鍵詞】：3C-SiC納米顆粒 TiO_2納米管陣列 ZnS納米球 光催化 納米復(fù)合物
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33;O643.36
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-41
• 1.1 引言11-12
• 1.2 光催化原理及研究現(xiàn)狀12-20
• 1.2.1 半導(dǎo)體光催化原理12-15
• 1.2.2 光催化材料的應(yīng)用15-16
• 1.2.3 提高光催化材料活性的途徑16-20
• 1.3 碳化硅的基本性質(zhì)及研究現(xiàn)狀20-30
• 1.3.1 碳化硅的基本性質(zhì)20-23
• 1.3.2 納米碳化硅的制備23-27
• 1.3.3 納米碳化硅研究現(xiàn)狀27-30
• 1.4 本論文的出發(fā)點(diǎn)和主要研究?jī)?nèi)容30-31
• 參考文獻(xiàn)31-41
• 第二章 3C-SiC納米顆粒的制備及表征41-57
• 2.1 引言41-43
• 2.2 3C-SiC納米顆粒的制備43-44
• 2.3 3C-SiC納米顆粒的譜學(xué)表征44-51
• 2.4 3C-SiC納米顆粒光致發(fā)光譜的理論分析51-52
• 2.5 本章小結(jié)52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 第三章 3C-SiC納米晶增強(qiáng)TiO_2納米管陣列光催化活性57-81
• 3.1 引言57-65
• 3.1.1 TiO_2基本性質(zhì)57-58
• 3.1.2 陽(yáng)極氧化納米管陣列的制備原理58-62
• 3.1.3 TiO_2納米管陣列的應(yīng)用62-64
• 3.1.4 TiO_2納米管陣列的改性研究64-65
• 3.2 TiO_2納米管陣列的制備65-66
• 3.3 TiO_2納米管陣列復(fù)合3C-SiC納米顆粒的制備66-67
• 3.4 樣品分析與檢測(cè)67-68
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析68-72
• 3.6 3C-SiC納米晶復(fù)合TiO_2納米管陣列催化活性測(cè)試72-74
• 3.7 3C-SiC復(fù)合TiO_2納米管陣列催化機(jī)理74-75
• 3.8 本章小結(jié)75-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 第四章 3C-SiC/ZnS納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備及其催化活性研究81-100
• 4.1 引言81-85
• 4.1.1 ZnS基本性質(zhì)81-82
• 4.1.2 硫化鋅的應(yīng)用82-84
• 4.1.3 ZnS催化改性現(xiàn)狀84-85
• 4.2 3C-SiC/ZnS復(fù)合材料的制備85-86
• 4.3 納米結(jié)構(gòu)表征及生長(zhǎng)機(jī)制研究86-92
• 4.4 復(fù)合不同量3C-SiC的ZnS光催化活性92-94
• 4.5 3C-SiC/ZnS復(fù)合材料的催化機(jī)理94-96
• 4.6 本章小結(jié)96
• 參考文獻(xiàn)96-100
• 第五章 結(jié)論與展望100-103
• 5.1 結(jié)論100-101
• 5.2 展望101-103
• 致謝103-105
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄105-106

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 曹維良,張凱華,張敬暢;納米硫化鎘制備條件對(duì)光催化活性的影響[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年01期

2 康振晉;;共沉淀法合成鐵酸鍶及其光催化活性研究[J];延邊大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年04期

3 王佛松,沙人玉,金應(yīng)泰,王玉玲,鄭玉蓮;鑭系元素化合物在異戊二烯聚合中的催化活性[J];中國(guó)科學(xué);1979年12期

4 高孝恢,龍翔云,肖慎修,陳天朗;分子篩中軌道相互作用及其C~+的催化活性[J];催化學(xué)報(bào);1988年04期

5 肖寶鈞;林西平;;沸石表面酸性與催化活性的研究[J];沈陽(yáng)化工學(xué)院學(xué)報(bào);1989年01期

6 肖寶鈞 ,陳麗特 ,王占華;幾種氟化載體的表面酸性與催化活性研究[J];江蘇化工學(xué)院學(xué)報(bào);1990年02期

7 楊懷,丁容,解希元,高文興;冶煉工藝與熱處理工藝對(duì)骨架鎳催化活性的影響[J];東北工學(xué)院學(xué)報(bào);1990年01期

8 戴長(zhǎng)飛;;含水氧化鋯的催化活性[J];精細(xì)化工信息;1990年11期

9 曲雅煥，，楊明明;苯乙烯──丙烯酸載體──鐵配合物的某些表征參數(shù)對(duì)其催化活性的影響[J];哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);1994年04期

10 李曉莉 ,曲雅煥 ,蘇樹貴;聚合物載體-釹配合物對(duì)丁二烯聚合的催化活性[J];長(zhǎng)春師范學(xué)院學(xué)報(bào);1994年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李微雪;;鉑臺(tái)階面的初始氧化及其對(duì)催化活性影響的理論研究[A];第十三屆全國(guó)催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

2 刁鵬;張大峰;王靜懿;何衛(wèi)平;項(xiàng)民;張琦;;金納米粒子修飾電極的電化學(xué)催化活性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第26屆學(xué)術(shù)年會(huì)納米化學(xué)分會(huì)場(chǎng)論文集[C];2008年

3 殷立峰;包月平;牛軍峰;;碳摻雜氧化鈦納米纖維的制備和光催化活性[A];持久性有機(jī)污染物論壇2011暨第六屆持久性有機(jī)污染物全國(guó)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2011年

4 曹運(yùn)珠;魏東明;侯克玲;張財(cái)順;邢永恒;;釩氧配合物仿生催化活性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第08分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

5 孫彬;周國(guó)偉;;二氧化鈦納米棒的水熱法制備及其光催化活性[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十四屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集-第6分會(huì)：膠體與界面化學(xué)技術(shù)、應(yīng)用與產(chǎn)品[C];2013年

6 余濟(jì)美;林雋;;熱處理對(duì)二氧化鈦光催化劑表面的吸附氧及催化活性影響[A];2000'全國(guó)光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2000年

7 田寶柱;陳峰;張金龍;;明膠對(duì)二氧化鈦晶相結(jié)構(gòu)、平均粒徑及光催化活性的影響[A];中國(guó)感光學(xué)會(huì)第七次全國(guó)會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì)和第七屆青年學(xué)術(shù)交流會(huì)論文摘要集[C];2006年

8 余火根;王雪飛;王蘋;余家國(guó);;光敏性銀類化合物的光穩(wěn)定性與光催化活性[A];第十三屆全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議學(xué)術(shù)論文集[C];2012年

9 徐悅?cè)A;梁達(dá)惠;劉滿樂;劉定中;張偉祥;俞文燦;;光還原沉積銅二氧化鈦的制備、表征及其光催化活性[A];2004年全國(guó)太陽(yáng)能光化學(xué)與光催化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

10 潘偉;張進(jìn)濤;馬厚義;;鈀納米粒子的電化學(xué)可控合成和催化活性研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十一屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 馮曉彤;兩化工成果入選基礎(chǔ)研究十大新聞[N];中國(guó)化工報(bào);2008年

2 本報(bào)記者 鄺小平;墻上噴溶膠 室內(nèi)污染少[N];廣東科技報(bào);2004年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 馬青蘭;納米ZnO的熒光調(diào)控及光催化性能研究[D];武漢大學(xué);2013年

2 孫濤;鈦酸鍶能帶結(jié)構(gòu)調(diào)制及光催化應(yīng)用研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

3 周海波;M_xCe_(1-x)O_y復(fù)合氧化物的制備及其催化N_2O分解性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

4 王義平;葡萄糖六磷酸脫氫酶G6PD的乙酰化調(diào)控及其在氧化應(yīng)激過程中的作用和分子機(jī)制[D];復(fù)旦大學(xué);2014年

5 張俊;碳化硅納米復(fù)合材料的制備及其在光催化中的應(yīng)用[D];南京大學(xué);2015年

6 張曉茹;N摻雜二氧化鈦納米材料的光電性質(zhì)及光催化活性[D];吉林大學(xué);2010年

7 張煒;糖-金屬配合物的合成及其催化活性研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2004年

8 程小芳;提高三氧化鎢和二氧化鈦光（電）催化活性的研究[D];浙江大學(xué);2008年

9 張維光;鈣鈦礦型復(fù)合氧化物的制備及其光致變色、電化學(xué)發(fā)光和光催化活性的研究[D];南京理工大學(xué);2009年

10 梅澤民;茂金屬化合物電子結(jié)構(gòu)與催化活性關(guān)系的研究[D];吉林大學(xué);2006年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 孫夢(mèng)臨;SnO_2基} 米復(fù)合光催化劑的合成、表征與性能研究[D];內(nèi)蒙古大學(xué);2015年

2 蔣耀;摻雜氧化亞銅光催化活性的理論研究[D];西南大學(xué);2015年

3 王威;新型Bi_3Ti_2O_8F半導(dǎo)體光催化劑的制備及其表面改性研究[D];浙江大學(xué);2015年

4 楊建華;硫化物光催化活性增強(qiáng)的研究[D];華中師范大學(xué);2015年

5 張?jiān)?ZnO在光催化處理工業(yè)廢水中的應(yīng)用[D];上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院;2015年

6 錢正義;鋰空氣電池陰極材料的制備及其性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

7 王勝東;吖啶衍生物的鎳(Ⅱ)配合物的合成、表征及其乙烯催化性能研究[D];內(nèi)蒙古師范大學(xué);2015年

8 張麗珍;負(fù)載離子液體的合成及催化活性的研究[D];暨南大學(xué);2010年

9 李偉;二乙酰一肟加氫反應(yīng)的催化劑及其催化活性的理論研究[D];鄭州大學(xué);2007年

10 顧曉娜;鈰離子改性的鈦酸鹽的制備及其光催化活性研究[D];華東理工大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：碳化硅納米復(fù)合材料的制備及其在光催化中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：315549