有序介孔金屬氧化物的制備、改性及其光催化性能研究.pdf

1、在全球能源短缺、環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻的大背景下,利用高效、潔凈、低能耗、無二次污染的光催化技術(shù)成為研究的熱點(diǎn)。目前,科學(xué)家們正在努力探索高效可見光型催化材料的開發(fā)。其中,有序介孔金屬氧化物材料以其高的比表面積、規(guī)則有序的孔道結(jié)構(gòu)、孔徑大小可調(diào)及內(nèi)表面可修飾等特點(diǎn)而備受青睞。隨著有序介孔金屬氧化物催化功能化、孔道尺寸調(diào)變、原位譜學(xué)表征和分子設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題的解決,許多具有不同形貌特征、介孔結(jié)構(gòu)、骨架成分的有序介孔材料被成功合成并廣泛應(yīng)用于催

2、化、傳感、能源等領(lǐng)域,促進(jìn)了光催化技術(shù)的創(chuàng)新。本文選取極具潛力的金屬氧化物光催化劑為研究對(duì)象,探討了有序介孔金屬氧化物的制備方法及其介孔結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。系統(tǒng)研究了可見光條件下有序介孔金屬氧化物的光催化性能及其潛在的應(yīng)用價(jià)值,為開發(fā)高性能可見光型催化劑,拓展其在太陽能轉(zhuǎn)換及環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用提供新思路和基礎(chǔ)理論參考,主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以介孔二氧化硅(KIT-6)為硬模板,磷鎢酸為前驅(qū)物,用硬模板法制備WO3-SiO2復(fù)合材料

3、,再利用氫氟酸(HF)除去二氧化硅,制得介孔三氧化鎢(m-WO3)光催化劑。在可見光條件下,以IO3-作為電子受體,鉑修飾的介孔三氧化鎢光催化分解水產(chǎn)氧量達(dá)276.1mmol·g-1,是納米三氧化鎢(c-WO3)的3.5倍。因此,有序介孔WO3的規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)利于光生載流子在其表面的傳輸與分離,降低光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率,提高了可見光催化性能。
　　(2)以有序介孔WO3(m-WO3)和還原石墨烯氧化物(RGO)為原料采用紫外光

4、協(xié)助照射法合成了m-WO3-RGO復(fù)合型光催化劑。復(fù)合材料中的m-WO3與RGO的有效結(jié)合促進(jìn)了載流子的分離和產(chǎn)氧量的提高。在可見光照射下,m-WO3-RGO-6光催化劑的產(chǎn)氧量可達(dá)437.3μmol·g-1,為m-WO3的5.1倍。光催化活性的增強(qiáng)可以歸咎于作為固態(tài)電子受體的RGO,促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的傳輸和分離,有效抑制了電子-空穴對(duì)在復(fù)合材料中的復(fù)合。這種新型介孔金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料表現(xiàn)出穩(wěn)定、優(yōu)異的光催化活性,為開發(fā)可

5、見光型光催化劑提供了新的思路。
　　(3)采用軟模板法,以尿素為氮源,通過簡(jiǎn)單的固態(tài)反應(yīng)法合成了氮摻雜有序介孔五氧化二鈮光催化劑。介孔五氧化二鈮的有序孔道結(jié)構(gòu)利于N元素有效摻入其晶格內(nèi)部。氮摻雜后介孔五氧化二鈮光催化劑的吸收帶邊由3.1eV降至2.61eV,對(duì)應(yīng)的光響應(yīng)范圍由400nm拓展至475nm。以0.5wt％Pt作為助催化劑,可見光下照射5h后,1.53％氮摻雜介孔五氧化二鈮的催化產(chǎn)氫量為介孔五氧化二鈮的3.4倍。在光催化

6、反應(yīng)中,有序介孔結(jié)構(gòu)可以提供更多的活性位,加速體系內(nèi)的電子-空穴對(duì)在其表面的轉(zhuǎn)移和分離,大大提高了可見光催化活性。
　　(4)以硝酸鈰為鈰源,介孔二氧化硅(KIT-6)為模板,采用硬模板法制備了介孔二氧化鈰(m-CeO2)。通過浸漬法合成了鉍摻雜介孔二氧化鈰(m-CeO2/Bi)光催化劑。m-CeO2/Bi光催化劑具有完整的晶型和規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu),有利于光生電子和空穴的分離,同時(shí)Bi的摻入降低了催化劑的帶隙能,有效提高了可見光催化性