本文關(guān)鍵詞：長余輝材料與二氧化鈦復(fù)合蓄光材料的制備及其光催化性能的研究

  更多相關(guān)文章： 燃燒法 長余輝材料 TiO_2 金屬離子摻雜 等離子體 共振效應(yīng) 復(fù)合材料

【摘要】：隨著科技的不斷發(fā)展,人們對(duì)多功能復(fù)合材料的要求越來越高。TiO_2是一種良好的光催化劑,在紫外光下具有光催化活性,在光催化領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但是其單一的光催化性能已經(jīng)滿足不了人們的需要。TiO2與長余輝發(fā)光材料復(fù)合,形成一種不僅能在可見光下保持光催化活性,且在無光的情況下仍具有一定光催化活性的復(fù)合材料。此外,這種復(fù)合材料本身具有較強(qiáng)的抗菌性能。光照時(shí),復(fù)合材料中的長余輝材料可以吸收光能并儲(chǔ)存起來,并在無光的時(shí)候釋放光能。當(dāng)長余輝材料發(fā)射光的波長小于TiO2光催化劑吸收波長時(shí),長余輝材料就可以充當(dāng)TiO2光催化劑的光源,從而使TiO_2光催化劑繼續(xù)保持光催化活性,因此復(fù)合材料在無光的條件下也具有光催化活性。一般的長余輝材料發(fā)射光的波長在可見光區(qū),而純TiO2光催化劑的吸收波長則在紫外光區(qū),為了讓兩者的波長可以匹配,需要對(duì)長余輝材料以及TiO2光催化劑進(jìn)行改性。本文主要研究了燃燒法制備長余輝發(fā)光材料及其發(fā)光性能。對(duì)TiO_2光催化劑進(jìn)行修飾,摻雜金屬離子,然后采用溶膠-凝膠一步法制備出復(fù)合材料。觀察該復(fù)合材料在無光情況下光催化降解甲基橙的能力和抗菌性能。隨后,采用另一種方法:機(jī)械研磨法制備出Ag@Ag X-M-TiO2與長余輝的復(fù)合材料,并研究其光催化性能。本論文主要包括以下三個(gè)方面:(1)采用燃燒法制備不同種類的長余輝材料。根據(jù)熒光光譜圖,發(fā)現(xiàn)MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)發(fā)射光的熒光強(qiáng)度最強(qiáng),發(fā)射光的波長λ=562nm。通過xrd表征可知:MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)為MgAl_2O_4單斜晶相。在此基礎(chǔ)上,研究了燃燒法制備長余輝材料過程中影響其發(fā)光強(qiáng)度的因素,鎂鋁比為1:2,dy~(3+)的摻雜量為5%,h3bo3的摻入量為10%,co(nh2)2用量為5倍金屬離子時(shí),長余輝材料的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)。(2)采用溶膠-凝膠一步法制備長余輝發(fā)光材料MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)與摻雜金屬離子cr,co,ni的tio2復(fù)合材料。金屬離子的摻雜增大了tio2光響應(yīng)范圍,使tio2的光吸收邊界從380nm紅移到650nm。采用燃燒法制備的長余輝材料MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)發(fā)射光波長λ=562nm,可以被摻雜金屬離子的tio2光催化劑吸收,因而復(fù)合材料在無光的情況下能繼續(xù)保持光催化活性。研究了復(fù)合材料降解甲基橙的能力,在氙燈下(λ400nm)照射30min,然后在黑暗中暗反應(yīng)90min,測(cè)定降解率。MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)/cr-tio2復(fù)合材料降解甲基橙的效果最好,降解率達(dá)到71.8%。通過多次循環(huán)降解甲基橙實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料仍能保持較高的光催化活性,說明合成的復(fù)合材料是一種性質(zhì)比較穩(wěn)定的光催化材料。此外,復(fù)合材料還具備良好的抗菌性能。(3)燃燒法合成長余輝發(fā)光材料MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+);在溶膠-凝膠法合成cr-tio2的過程中,摻入等離子體ag@agx,得到ag@agx-cr-tio2,最后采用機(jī)械研磨的方法使長余輝材料MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)與tio2光催化劑均勻混合,得到復(fù)合材料MgAl_2O_4:pr~(3+),dy~(3+)/ag@agx-cr-tio2(x=i,cl,br)。等離子體ag@agx的共振效應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大了tio2光催化劑的光吸收范圍,并抑制了光生電子和光生空穴的復(fù)合,使tio2的光催化活性提高。在黑暗無光時(shí),等離子體的摻入使TiO2光催化劑可以更好的吸收長余輝材料發(fā)出的光,使復(fù)合材料的光催化性能加強(qiáng)。復(fù)合材料在無光條件下降解甲基橙,MgAl2O4:Pr~(3+),Dy~(3+)/Ag@AgI-Cr-TiO2的降解率高達(dá)87.66%。通過抗菌實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):Ag@AgX的摻入使復(fù)合材料的抗菌性能進(jìn)一步加強(qiáng)。
【關(guān)鍵詞】：燃燒法 長余輝材料 TiO_2 金屬離子摻雜 等離子體 共振效應(yīng) 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O643.36;TB33
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 文獻(xiàn)綜述14-30
• 1.1 前言14-15
• 1.2 TiO_2光催化材料的概述15-20
• 1.2.1 TiO_2光催化劑的光催化原理16-17
• 1.2.2 TiO_2光催化劑的改性17-20
• 1.2.2.1 貴金屬沉積17-18
• 1.2.2.2 離子摻雜18-19
• 1.2.2.3 半導(dǎo)體復(fù)合19
• 1.2.2.4 光敏化劑敏化19-20
• 1.3 長余輝發(fā)光材料的發(fā)展歷史及其分類20-23
• 1.3.1 長余輝發(fā)光材料的發(fā)展歷史20-21
• 1.3.2 長余輝發(fā)光材料的分類21-23
• 1.4 長余輝發(fā)光材料與二氧化鈦的復(fù)合材料23-27
• 1.4.1 長余輝發(fā)光材料與二氧化鈦的復(fù)合材料的制備方法23-26
• 1.4.1.1 機(jī)械研磨法23-24
• 1.4.1.2 原位合成法24-25
• 1.4.1.3 溶膠包覆法25-26
• 1.4.2 復(fù)合材料的光催化機(jī)理26-27
• 1.4.2.1 光能吸收增強(qiáng)機(jī)理26-27
• 1.4.2.2 載流子轉(zhuǎn)移機(jī)理27
• 1.4.2.3 Ti-O結(jié)合能改變機(jī)理27
• 1.5 本論文的研究意義與研究內(nèi)容27-30
• 第二章 實(shí)驗(yàn)研究方法30-36
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與主要實(shí)驗(yàn)儀器30-31
• 2.2 復(fù)合光催化劑的表征31-33
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡分析（SEM）31
• 2.2.2 固體紫外-可見漫反射光譜分析（UV-Vis）31-32
• 2.2.3 熒光圖譜分析（PL）32
• 2.2.4 X-射線衍射分析（XRD）32-33
• 2.2.5 比表面積分析（BET）33
• 2.3 光催化性能分析33-35
• 2.3.1 甲基橙降解標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定33-34
• 2.3.2 甲基橙溶液的降解34-35
• 2.4 抗菌性能分析35-36
• 第三章 MGAL_2O_4: PR~(3+), DY~(3+)長余輝發(fā)光材料的制備36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分36-37
• 3.3 結(jié)果與討論37-44
• 3.3.1 不同的稀土元素對(duì)長余輝發(fā)光材料發(fā)光性能的影響37-38
• 3.3.2 不同的鎂鋁比對(duì)長余輝發(fā)光材料發(fā)光性能的影響38-39
• 3.3.3 XRD分析39
• 3.3.4 余暉衰減曲線分析39-40
• 3.3.5 Dy含量對(duì)MgAl_2O_4: Pr~(3+), Dy~(3+)發(fā)光材料強(qiáng)度的影響40-41
• 3.3.6 助熔劑H_3BO_3加入量對(duì)發(fā)光材料MgAl_2O_4: Pr~(3+), Dy~(3+)的影響41-42
• 3.3.7 CO(NH_2)_2 加入量對(duì)MgAl_2O_4: Pr~(3+), Dy~(3+)發(fā)光強(qiáng)度的影響42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第四章 MGAL_2O_4: PR~(3+), DY~(3+)/M-TiO_2(M=CR, CO, NI)的制備及其光催化性能的研究46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分46-48
• 4.2.1 溶膠-凝膠一步法制備復(fù)合光催化材料46-47
• 4.2.2 復(fù)合材料對(duì)甲基橙溶液光催化降解性能的研究47-48
• 4.3 結(jié)果與討論48-58
• 4.3.1 光學(xué)特性48-49
• 4.3.2 UV-Vis分析49-50
• 4.3.3 光催化活性的研究分析50-51
• 4.3.4 復(fù)合材料熒光圖譜分析51-52
• 4.3.5 BET分析52-53
• 4.3.6 SEM分析53
• 4.3.7 復(fù)合材料的抗菌性能分析53-55
• 4.3.8 循環(huán)利用率分析55
• 4.3.9 不同復(fù)配比例對(duì)光催化性能的影響55-56
• 4.3.10 不同鎂鋁比對(duì)復(fù)合材料光催化活性的影響56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 MGAL_2O_4: PR~(3+), DY~(3+)/AG@AGX-CR-TiO_2 (X=CL, BR, I)的制備及其光催化性能60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分60-62
• 5.2.1 復(fù)合材料的制備60-61
• 5.2.2 光催化性能測(cè)試61-62
• 5.3 結(jié)果與討論62-68
• 5.3.1 光學(xué)特性62-63
• 5.3.2 DRS分析63-64
• 5.3.3 BET分析64-65
• 5.3.4 熒光光譜分析65
• 5.3.5 復(fù)合材料光催化降解分析65-67
• 5.3.6 復(fù)合材料的抗菌性能67-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 第六章 結(jié)論與建議70-72
• 參考文獻(xiàn)72-80
• 致謝80-82
• 碩士期間發(fā)表論文82

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