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AgNbO3系列光催化材料的制备及其性能研究

作　者: 陈修锐
导　师: 张伟风
学　校: 河南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 光催化剂 铌酸银 电化学 罗丹明B
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


全球范围内环境污染的日益严重，能源消耗的日益加剧，人们开始寻找新的可再生能源以解决能源问题，减轻环境污染。太阳能作为取之不尽的洁净能源，它的开发是解决问题的关键。半导体光催化技术是利用太阳光照射半导体，使其降解有机污染物或者分解水制氢的一项新技术。由于该技术是将太阳能转化为化学能，所以半导体光催化技术有望成为解决环境和能源问题的一条有效途径。上世纪七十年代，A. Fujishima和K.Honda报道了N型半导体TiO2电极上发现了水的光电催化分解作用。以此为契机，开始了多项催化研究的新纪元。TiO2作为目前应用最广泛的纳米光催化材料，具有成本低、氧化能力强、化学性质稳定、无二次污染等优点。但是，由于其带隙较宽，不能有效利用太阳光。因此，开发利用新型半导体光催化材料一直是众多科研工作者的研究课题。钙钛矿型复合氧化物是一种新型无机非金属材料，它们具有独特物理性质和化学性质。AgNbO3具有典型钙钛矿结构，由于其Ag的4d轨道的特殊性质而引起了众多学者的研究。它在超导体、电极材料、电磁材料、催化剂等领域具有广泛的用途。AgNbO3在可见光照射下可分解水产氧已经被报道，接着人们展开了对AgNbO3的研究。李国强等人研究了铌酸银表面的光电特性，Igor Levin探索过铌酸银在漫反射响应下的结构变化。近年来人们也展开了对提高AgNbO3基体光催化剂活性的研究：金属掺杂的AgNbO3基复合材料表现出较高的光催化活性。另外，以AgNbO3为基体的固溶体也表现出了比本体AgNbO3更高的光催化活性。本文以铌酸银作为研究对象，制备了铌酸银粉体和薄膜，并研究了它们的光电性质及光催化性能。主要工作如下：1.利用PLD技术在FTO上沉积AgNbO3、NaNbO3/AgNbO310、NaNbO3/AgNbO330、NaNbO3/AgNbO350双层薄膜。通过X射线衍射、紫外-可见吸收光谱等对所制备的样品的物相组成和晶体结构进行了表征，采用三电极电化学性能测试系统研究其电化学性质。研究结果表明，铌酸钠减小了光生电子空穴的复合，延长了光生电子空穴的寿命，增加了光生电子和光生空穴参与氧化还原的几率。2.利用脉冲激光沉积法制备了AgNbO3和AgNbO3-Ag2Nb4O11薄膜，研究了它们的光电化学性质。结果表明，混合相铌酸银薄膜AN01在低偏压区有较大的光电流密度，这能够使其构建更有效的光电化学二极管单元，提高太阳能转换效率。另外，AN01薄膜电极的最大光电流和稳态光电流的比值RIp/Is小于AN薄膜电极的值，说明混相薄膜AN01具有较低的表面电子空穴复合率。3.以Al2O3为阻聚剂，采用高温固相法制备了一系列AgNbO3粉末，探究了阻聚剂对AgNbO3光催化活性的影响。结果表明，AL2O3的加入提高了铌酸银的降解速率。这是由于，阻聚剂的加入阻碍了铌酸银晶粒的生长，铌酸银晶粒附着在颗粒表面，加大了铌酸银颗粒的比表面积，使铌酸银颗粒和罗丹明B充分接触，从而提高了铌酸银的降解速率。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 光催化简介  10-13
    1.2.1 光催化剂的发现及发展  10-11
    1.2.2 光催化的基本原理  11-12
    1.2.3 光催化过程的光电化学  12-13
  1.3 半导体光催化材料  13-14
    1.3.1 二氧化钛  13-14
    1.3.2 铌酸盐光催化材料  14
  1.4 提高半导体光催化性能的途径  14-15
    1.4.1 离子掺杂  14-15
    1.4.2 光催化材料的复合  15
  1.5 本研究工作的内容和意义  15-17
  参考文献  17-22
第二章 NaNbO_3/AgNbO_3双层膜制备与电化学性能研究  22-32
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验  23-24
    2.2.1 靶材制备  23
    2.2.2 薄膜制备  23-24
    2.2.3 样品表征与电化学测试  24
  2.3 结果与讨论  24-28
    2.3.1 样品的 XRD 分析  24-25
    2.3.2 紫外-可见光谱分析  25-26
    2.3.3 电化学性能测试与分析  26-28
  2.4 结论  28-29
  参考文献  29-32
第三章 混合相铌酸银薄膜的光电化学性能  32-44
  3.1 引言  32-33
  3.2 实验  33-34
    3.2.1 靶材制备  33
    3.2.2 薄膜制备  33
    3.2.3 样品表征及测试  33-34
  3.3 结果与讨论  34-39
    3.3.1 样品的 XRD 分析  34-35
    3.3.2 紫外-可见光谱分析  35-36
    3.3.3 形貌和物相分析  36-37
    3.3.4 电化学性能测试  37-39
  3.4 结论  39-40
  参考文献  40-44
第四章 探究阻聚剂对 AgNbO_3光催化活性的影响  44-54
  4.1 引言  44-45
  4.2 实验  45-46
    4.2.1 样品制备  45
    4.2.2 样品表征  45
    4.2.3 光催化性能测试  45-46
  4.3 结果与讨论  46-50
    4.3.1 XRD 分析  46-47
    4.3.2 SEM 分析  47-48
    4.3.3 紫外‐可见光谱分析  48-49
    4.3.4 光催化性能分析  49-50
  4.4 结论  50-51
  参考文献  51-54
硕士期间参与工作及研究成果  54-56
致谢  56-57

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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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