光催化技術(shù)是一種環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的綠色技術(shù),在環(huán)境污染治理和清潔能源生產(chǎn)方面具有潛在的應(yīng)用前景。目前,人們已經(jīng)開發(fā)出多種優(yōu)良的半導(dǎo)體光催化劑,但從光催化產(chǎn)業(yè)化的角度來看,這些光催化劑在成本、穩(wěn)定性和規(guī)模化生產(chǎn)等方面還存在一定的挑戰(zhàn)。因此,開發(fā)出價(jià)格低廉、高效、穩(wěn)定的光催化劑,或者為一些高效光催化劑尋找合適且廉價(jià)的載體材料,具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。本論文基于廢棄貽貝殼,采用不同的改性方法,制備具有光催化活性的貝殼硅基和貝殼鈣基材料;以貝殼鈣基材料作為一種光催化劑載體與半導(dǎo)體光催化劑復(fù)合制得復(fù)合光催化劑,并通過稀土離子摻雜方式提高其光催化活性。本論文的研究工作歸納以下:（1）采用酸化法制備了貝殼硅基天然光催化劑（HAS）。SEM和TEM表征顯示,HAS為一種排列不均勻的納米棒狀骨架材料。利用ICP-OES、FESEM、XRD和FTIR手段對HAS的化學(xué)組分進(jìn)行分析,結(jié)果表明HAS的主要化學(xué)成分為SiO₂,含有豐富的羥基基團(tuán),并有多種過渡金屬元素均勻分布于其中。以羅丹明B（RhB）和亞甲基藍(lán)（MB）為目標(biāo)污染物,考察HAS的光催化降解活性。結(jié)果表明,HAS對MB和RhB的去... 

【文章來源】：東華大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

貝殼的顯微組織結(jié)構(gòu)（a）煅燒前[23]（b）煅燒后[24].Fig.1.1Microstructureofshell:(a)beforecalcination[23](b)aftercalcination[24].

項(xiàng)技術(shù)突破，并將部分科研成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，為未來光催化技術(shù)在污水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用奠定了基矗1.3.1光催化基本原理光催化的原理是基于固體能帶理論提出的。晶體中由于各原子間的相互影響和作用，導(dǎo)致原子中某個(gè)軌道的能級分裂成多個(gè)能量很接近的能級，稱之為能帶。半導(dǎo)體顆粒的能帶結(jié)構(gòu)一般由充滿電子的低能價(jià)帶（ValenceBand，VB）和空的高能導(dǎo)帶（ConductionBand，CB）構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間不能填充電子的區(qū)域，即能態(tài)密度為0的能量區(qū)間，稱之為禁帶（ForbiddenBand，F(xiàn)B），該區(qū)域的大小為禁帶寬度（Eg）[51]。圖1.2光催化反應(yīng)原理示意圖[52].Fig.1.2Schematicdiagramofphotocatalyticprocess.光催化是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過程，其原理如圖1.2所示。該過程主要分為光子吸收、電荷遷移、界面反應(yīng)和電荷復(fù)合四個(gè)階段。（1）光子吸收：當(dāng)半導(dǎo)體表面接收到輻照能量大于或等于禁帶寬度時(shí)入射光時(shí)，半導(dǎo)體價(jià)帶上的電子（e-）將受到激發(fā)，從而躍遷至導(dǎo)帶，并將空穴（h+）滯留在價(jià)帶上，形成電子（e-）-空穴（h+）對。（2）電荷遷移：受激發(fā)的電子（e-）-空穴（h+）對分離后，通過擴(kuò)散、內(nèi)建電場或外部電場的作用遷移至半導(dǎo)體催化劑表面。（3）界面反應(yīng)：光生空穴（h+）有很強(qiáng)的得電子能力，即具有較強(qiáng)的氧化性；導(dǎo)帶電子（e-）是一種強(qiáng)還原劑；這些電子和空穴分別與吸附在半導(dǎo)體表面或周圍物質(zhì)進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。（4）電荷復(fù)合：未遷移至表面或遷移至表面未參與界面反應(yīng)的光生載流子會(huì)在半導(dǎo)體催化劑的內(nèi)部或表面發(fā)生復(fù)合，最終以熱能、光子的形式釋放，從而失去氧化還原能力[53]。

式可以促進(jìn)半導(dǎo)體界面處光生載流子的分離和轉(zhuǎn)移，擴(kuò)寬半導(dǎo)體的光譜響應(yīng)范圍[87]。此外，將不同半導(dǎo)體復(fù)合還能夠補(bǔ)償各組分的缺點(diǎn)，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步提高復(fù)合半導(dǎo)體的光催化性能。例如：TiO2對有機(jī)物具有極強(qiáng)的氧化降解能力，但是TiO2由于禁帶較寬無法響應(yīng)可見光，因此，通常將TiO2與禁帶較窄的CdS進(jìn)行復(fù)合，以擴(kuò)寬其光譜響應(yīng)范圍[88]。CdS/TiO2復(fù)合光催化劑的形貌及光催化原理如圖1.3所示。目前，典型半導(dǎo)體復(fù)合光催化劑有CdS/TiO2[88,89]、ZnO/TiO2[90]、TiO2/SnO2[91]、TiO2/Fe2O3[92]等。圖1.3CdS/TiO2復(fù)合光催化劑的形貌及光催化原理[86].Fig.1.3MorphologyandmechanismofCdS/TiO2compositephotocatalyst[86].（4）表面光敏化光催化劑的表面光敏化是指將具有光活性的化合物，如染料或不飽和脂肪酸等物質(zhì)吸附于催化劑的表面，由于光敏物質(zhì)對可見光具有很強(qiáng)的吸收能力，能被更寬范圍波長的光激發(fā)。因此，在可見光照射下，光敏物質(zhì)吸收光子并激發(fā)產(chǎn)生電子，這時(shí)若是光催化劑導(dǎo)帶的電勢小于光敏物質(zhì)的激發(fā)電勢，激發(fā)的電子就有機(jī)會(huì)傳送到導(dǎo)帶并參與光催化反應(yīng)[48]。光催化劑的表面光敏化不僅可以提高催化劑對可見光的利用率，而且還能夠提高光催化反應(yīng)的活性[93]。關(guān)于催化劑表面光敏化的例子有很多，例如：Chatterjee等[94]用8-羥基喹啉光敏化的TiO2分別對含有苯酚、氯酚和三氯乙烯的廢水進(jìn)行催化降解，結(jié)果表明，在可見光照射5h后，三種污染物的降解率分別為68%、74%和97%，而沒有光敏化的TiO2在可

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3448942