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卤化银/导电高分子复合纳米材料的合成及其光催化性能研究

作　者: 谷淑娜
导　师: 赵崇军
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: Ag/PPy复合溶胶 AgX/PPy复合材料 AgCI/PANI复合材料可见光催化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于在分解水制氢、降解污染物、杀菌等方面都具有重要的应用,光催化成为解决人类未来所面临的能源和环保问题的重要途径,而可见光催化更是由于可以充分利用太阳光而受到研究者的格外青睐。可见光催化在上述几方面的应用依赖于高效、稳定的可见光催化剂材料的有效筛选和可控合成。通过形成Ag/AgX、SC/AgX、Ag/Ag/AgX等二元和三元复合材料,可以将具有光敏性质的卤化银转变为一类高效、稳定的可见光催化材料系列。本文系统性地研究了AgX/CPs复合纳米材料的合成及其可见光催化性能,主要内容包括以下四个方面,(1) Ag/PPy复合溶胶的快速制备本论文中合成AgX/PPy采用含有Ag+的Ag/PPy溶胶作为银源,然而现有的制备Ag/PPy的湿化学法存在动力学速度慢-反应速度慢(48小时甚至更多)的缺点,因此建立一种快速的合成Ag/PPy溶胶有利于AgX/PPy的研究。我们将微波技术引入到Ag/PPy溶胶的合成中,从而建立了快速合成方法(3h甚至更短)。在此基础上,考察了反应温度、反应时间、以及反应物初始浓度对于产物的影响,从而确立了一个优化的快速的合成条件。(2) AgX/PPy复合纳米材料的合成及其可见光催化性能通过向Ag/PPy蓝色复合溶胶中引入不同的卤离子(X-=Cl-、Br-和I-),制备出了AgCl/PPy、AgBr/PPy和AgI/PPy复合纳米材料。XRD和FTIR结果分别证实了复合材料中AgX和PPy成份的存在,SEM和TEM图片显示合成的复合材料为亚微米甚至纳米级。与相同实验条件下合成的对应的纯AgX相比,复合材料颗粒的尺寸明显变小。选用上述AgX/PPy复合纳米材料作为可见光催化剂,以甲基橙水溶液(2g/L)作为处理对象,采用人工光源(高压汞灯或氙灯,350 W)作为能量源,利用λ≥400nm的滤光片滤除紫外部分,利用UV-Vis吸收光谱结果监测甲基橙的降解效果：根据甲基橙随浓度的变化测定AgX/PPy复合纳米材料的可见光催化速度；根据循环次数检测AgX/PPy复合纳米材料的光稳定性(或循环寿命)。进一步的研究结果表明,AgCl/PPy材料的可见光催化速度和稳定性均优于纯AgCl; AgBr/PPy在前5个循环具有良好的稳定性,在后5个循环中性能明显衰减,其稳定性不如AgBr; Agl/PPy和AgI的可见光催化性能较差。(3) AgX/PPy复合纳米材料的光催化机理光催化机理的研究和准确获取,对于优化光催化条件,提高光催化效果的作用非常重要。本文首先通过AgCl、AgBr、AgCl/PPy、AgBr/PPy的UV-Vis吸收光谱初步确认卤化银的可见光催化过程是一个光还原过程。在此基础上,通过过氧化氢(H2O2,电子捕捉剂)或甲醇(CH3OH,空穴捕捉剂)的加入和加入量对于可见光催化速度的影响,进一步验证了AgX体系可见光催化降解MO的过程是一个光还原过程。(4) AgX/PANI复合纳米材料的合成及其可见光催化性能通过原位聚合方法合成了AgCl/PANI复合材料,该复合材料中PANI(?)很好地分散在AgCl颗粒的周围和表面,AgCl颗粒的尺寸在几百个纳米。可见光催化研究的结果证实,1%-AgCl/PANI复合纳米材料具有最好的光催化性能。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-37
  1.1 光催化技术  11-18
    1.1.1 光催化技术与材料  11-18
  1.2 可见光催化技术  18-24
    1.2.1 金属离子掺杂  19-20
    1.2.2 非金属离子掺杂  20-21
    1.2.3 染料敏化  21-22
    1.2.4 半导体复合  22-23
    1.2.5 贵金属沉积  23-24
  1.3 卤化银可见光催化技术  24-32
    1.3.1 卤化银光催化技术  24-25
    1.3.2 卤化银复合材料及其可见光催化技术  25-32
  1.4 聚合物复合材料的光催化  32-33
  1.5 论文选题背景、研究内容及意义  33-37
    1.5.1 选题背景  33-34
    1.5.2 研究内容  34-35
    1.5.3 研究意义  35-37
第2章 Ag/PPy溶胶复合材料的制备及性质研究  37-47
  2.1 引言  37
  2.2 实验部分  37-39
    2.2.1 试剂与仪器  37-38
    2.2.2 实验流程  38-39
    2.2.3 样品表征  39
  2.3 结果与讨论  39-46
    2.3.1 反应温度  39-41
    2.3.2 反应时间  41
    2.3.3 初始反应物浓度  41-43
    2.3.4 表征结果  43-46
  2.4 本章小结  46-47
第3章 AgX/PPy复合材料的制备及性质研究  47-64
  3.1 引言  47
  3.2 实验部分  47-49
    3.2.1 试剂与仪器  47-48
    3.2.2 样品制备  48-49
    3.2.3 样品的表征  49
  3.3 结果与讨论  49-62
    3.3.1 FTIR结果  49-51
    3.3.2 XRD结果  51-52
    3.3.3 SEM结果  52-53
    3.3.4 UV-Vis紫外可见吸收光谱  53-54
    3.3.5 可见光催化性能研究  54-59
    3.3.6 光催化机理研究  59-62
    3.3.7 AgX光催化剂再生  62
  3.4 本章小结  62-64
第4章 AgX/PANI复合材料的制备及性质研究  64-73
  4.1 引言  64
  4.2 实验部分  64-66
    4.2.1 试剂与仪器  64-65
    4.2.2 样品制备  65-66
    4.2.3 样品的表征  66
  4.3 结果与讨论  66-71
    4.3.1 FTIR结果  66-67
    4.3.2 XRD结果  67-68
    4.3.3 SEM结果  68-69
    4.3.4 UV-Vis紫外可见吸收光  69
    4.3.5 光催化性能研究  69-71
  4.4 本章小结  71-73
第5章结论  73-74
参考文献  74-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间发表的论文及申请的专利  91

卤化银/导电高分子复合纳米材料的合成及其光催化性能研究

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