二元金屬氧化物及硫化物光催化劑的合成及其應用研究.pdf

1、近年來,半導體光催化劑在能源開發(fā)和環(huán)境治理方面的應用已經(jīng)引起了世界各國政府、產業(yè)界以及科學家的廣泛關注,研制與開發(fā)高效光催化劑是光催化研究領域的首要任務。以二氧化鈦為代表的氧化物半導體光催化材料以其獨特的性能成為一種理想的光催化材料。但是,以二氧化鈦半導體為基礎的光催化技術還存在著量子效率低,太陽能利用率低等關鍵科學技術難題,這極大地制約了它在工業(yè)上的廣泛應用。
　　針對上述難題,為加速光催化技術的實用化進程,提高光催化材料的光催

2、化活性及穩(wěn)定性,本論文研究工作主要圍繞以下三個方面展開:(一)選取合適目標元素,合成二元雙金屬介穩(wěn)態(tài)新型光催化劑,利用其本征高能態(tài)導致的高催化活性來提高光催化效率。(二)通過摻雜上轉換試劑以及光沉積貴金屬等方法提高光催化劑的可見光利用效率,抑制光生電子和空穴的復合,從而進一步提升二元雙金屬光催化劑的光催化效率。(三)研制新型自組裝分等級高效金屬硫化物與氧化物的復合型光催化劑,通過調節(jié)復合物中兩相比例,連續(xù)調控其半導體禁帶寬度以及光催化能

3、力。研究工作主要分為以下五章:
　　第一章中,本文綜述了國內外關于半導體催化劑的最新研究進展,簡要介紹了半導體光催化劑的光催化作用的基本原理,總結了提高半導體光催化劑催化效率的各種有效途徑,給出了通過合成介穩(wěn)態(tài)光催化劑、摻雜稀土上轉換試劑、負載貴金屬以及通過兩相復合等方法提高光催化材料光催化效率的理論依據(jù)。
　　第二章中,采用濕化學合成法,以甲醇作為超臨界介質,苯甲醇作為結構導向劑,在超臨界條件下首次合成出高度晶化介穩(wěn)態(tài)鈦酸

4、鉍(Bi20TiO32)納米片,且其制備產量為克級,并對該材料形貌、粒子尺寸等進行可控調節(jié)。將該材料降解活性與合成條件中的控制因素進行聯(lián)系,從而進一步優(yōu)化合成路徑。并采用吸附-光照還原-焙燒固定三個步驟將貴金屬(Au)顆粒負載到載體鈦酸鉍納米片上,制備得到了具有高光催化活性的貴金屬負載型鈦酸鉍納米片光催化劑。并將其成功應用于在模擬太陽光或可見光下光催化降解常見有機染料及卟啉類染色物。
　　第三章中,首次通過水熱合成法制備出近紅外及

5、可見光響應的 Er3+摻雜 Bi2MoO6光催化材料。所合成的產物形貌可控,通過調節(jié)反應體系的pH值,所合成的納米片厚度逐漸增加,當pH值增加到一定程度后,我們合成得到了納米線。在本研究中,我們通過優(yōu)化反應體系的pH值以及Er3+的摻雜用量,得到了理想的光催化鉬酸鉍納米材料。Er3+摻雜Bi2MoO6光催化材料利用Er3+的上轉化發(fā)光效應實現(xiàn)長波輻射向短波輻射轉變的能量轉換,Er3+所吸收的可見光和近紅外光被轉化成符合Bi2MoO6能帶

6、間隙寬度的紫外光,成功擴寬了Bi2MoO6的光響應范圍,有效地提高了其光催化效率。實驗結果表明,通過摻雜Er3+可顯著提高鉬酸鉍材料在降解常見紡織染料及有機污染物苯酚應用中的光催化活性,摻雜Er3+離子的作用機理在此研究中被詳細討論。
　　第四章中,本文采用濕化學合成法來合成花狀SnS2@SnO2復合材料,材料的分等級結構由負載的SnO2納米粒子和SnS2納米片組成?？朔Ｒ?guī)顆粒狀硫化物表面活性低的缺點,采取合成二維片狀硫化物來促