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新型铋系纳米功能材料的制备及光催化性能的研究

作　者: 蒋波
导　师: 李贵生
学　校: 上海师范大学
专　业: 物理化学
关键词: 醇热法 BiOCl 光敏化 Bi2TiO4F2 C60/Bi2TiO4F2 光催化
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


半导体光催化是一门新兴交叉性学科，它集物理学、化学、材料学，生物学，工程学于一身，近年来被科学家广泛深入研究。半导体光催化技术对解决能源危机，环境污染以及实现人类的可持续发展而引起科学领域的广泛关注。在众多的光催化剂中，TiO2因为其毒性低、活性高、价格便宜、储量大、稳定性好等优点备受青睐；但是受TiO2禁带宽度的限制（≈3.2eV）仅吸收紫外光（占太阳光的4%），和低的量子效率限制了TiO2其大规模实际应用。为了提高对太阳光的利用，对TiO2掺杂，改性等方面的研究越来越多。但跟本体的光催化剂相比，掺杂后的光催化材料因为破坏了晶格的对称性导致光催化材料的不稳定。近年来，铋系列光催化剂由于Bi6s与Bi6p轨道分别参与构成半导体的价带和导带，从而缩小了半导体的带隙，使得半导体的光吸收响应范围扩展到可见光区，避免了TiO2仅能吸收紫外光而导致光利用率低的问题。为此，我们主要围绕提高光利用率及开发制备新型可见光响应的光催化剂来开展工作。本论文开展了以下几部分工作：1、溶剂热法合成BiOCl光催化剂及可见光性能的研究。通过溶剂热法合成了具有多级结构的光催化剂BiOCl微米球，并通过XRD，FESEM，TEM，UV-Vis和BET等表征手段对催化剂的物理化学性质进行了相关表征。在可见光下，该催化剂对RhB有较好的降解效果。通过研究发现，BiOCl通过光敏化机理降解RhB。进一步研究发现，在光敏化降解RhB同时对难降解的4-CP中也表现出较好的效果，为处理酚类污染物提供一个新的研究方法。2、溶剂热法合成多级结构新型可见光催化剂Bi2Ti4OF2微米球及光催化性能的研究。通过溶剂热法合成了具有多级结构钙钛矿型可见光催化剂Bi2TiO4F2微米球，并通过XRD，FESEM，TEM，UV-Vis和BET等表征手段对催化剂的物理化学性质进行了相关表征。与传统的高温固相法合成的Bi2TiO4F2相比，醇热法合成的具有高纯度、高结晶度、大比表面积，活性高，稳定性好等优点；该催化剂在对RhB模拟污染物的降解显示出高活性，并对其活性物种进行初步的研究。3、溶剂热法合成C60/Bi2TiO4F2复合可见光光催化剂及水污染处理研究。通过溶剂热法原位引入C60制备可见光C60/Bi2TiO4F2复合光催化剂， C60作为电子受体具有导电率高等优点，能有效的分离电子和空穴，从而提高光催化活性。通过改变C60含量，调变了合成样品的组分并确定了最佳比例。采用FESEM、XRD、DRS、TEM、BET、PL等测试手段，对产物形貌和组成进行了表征，并重点研究了这两者对催化结果的影响。样品在MO及RhB的降解中都显示出比纯的Bi2TiO4F2有着更好的催化效果。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-10
第一章 前言  10-22
  1.1. 研究背景概述  10
  1.2. 半导体光催化技术简介与应用  10-13
    1.2.1 半导体光催化技术简介  10
    1.2.2 半导体光催化在环境治理的研究与应用  10-12
    1.2.3 半导体光催化在能源开发的研究与应用  12-13
  1.3 光催化原理  13-15
  1.4 光催化研究现状  15-20
    1.4.1. TiO_2光催化剂  15-16
    1.4.2. 金属硫族化物光催化剂  16-17
    1.4.3. 铋系光催化剂  17-19
    1.4.4. 其他种类光催化剂  19-20
      1.4.4.1. 贵金属系列光催化剂  19
      1.4.4.2. 光敏化系列光催化剂  19-20
      1.4.4.3. 碳基系列光催化剂  20
  1.5 本论文的选题意义及研究方案  20-22
第二章 实验部分  22-27
  2.1 原料与试剂  22
  2.2 催化剂的制备  22-23
  2.3 催化剂表征  23-25
  2.4 催化活性测试  25-27
第三章 光催化剂 BiOCl 可见光降解 RhB 及协同降解 4-CP 的研究  27-39
  3.1 引言  27-28
  3.2 结果与讨论  28-30
  3.3 光催化活性研究  30-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 溶剂热法合成多级结构新型可见光催化剂 Bi_2TiO_4F_2及光催化性能的研究  39-50
  4.1 引言  39
  4.2 结果与讨论  39-46
  4.3 光催化活性研究  46-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 溶剂热法制备 C_(60)/Bi_2TiO_4F_2复合光催化剂及有机污染物的降解  50-61
  5.1 引言  50
  5.2 结果与讨论  50-57
  5.3 光催化活性研究  57-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 研究展望  61-63
致谢  63-65
参考文献  65-77
个人简历  77
研究成果  77

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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