本文關(guān)鍵詞：多種結(jié)構(gòu)硼酸銅的制備、改性及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 硼酸銅 可見光催化 亞甲基藍 氣體傳感器 二氧化氮

【摘要】：隨著環(huán)境污染的嚴重化,光催化和氣體傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于有機污染物的分解和有害氣體的有效檢測。為了解決傳統(tǒng)紫外型光催化劑太陽光利用率低和傳統(tǒng)氣敏材料操作溫度過高等問題,對新型可見光響應(yīng)半導(dǎo)體材料的開發(fā)和利用具有非常重要的意義。硼酸銅作為具有多種結(jié)構(gòu)的新型半導(dǎo)體材料,無需摻雜便具有導(dǎo)帶和價帶間的中間能隙,且不存在晶體缺陷,有望應(yīng)用于光催化和氣體傳感領(lǐng)域。本文重點研究了不同結(jié)構(gòu)硼酸銅(Cu_3B_2O_6、CuB_2O_4、Cu(BO_2)_2)的制備及其在光催化和氣體傳感領(lǐng)域的應(yīng)用探索。最終優(yōu)選出Cu_3B_2O_6,并對其進行改性研究,并初步探討了光催化和氣體傳感機理。主要內(nèi)容如下:1.采用溶膠-凝膠法制備了Cu_3B_2O_6和CuB_2O_4單晶,采用共沉淀法制備了Cu(BO_2)_2�？疾炝瞬煌呋瘎┰诳梢姽�(420 nmλ780 nm)下對亞甲基藍(MB)的催化降解性能。結(jié)果表明,當(dāng)亞甲基藍的初始濃度為50 mg·L~(-1),催化劑用量為1 g·L~(-1),光照6 h后,CuB_2O_4對亞甲基藍的光催化降解率為58.5%,Cu(BO_2)_2對亞甲基藍的光催化降解率為71.7%,Cu_3B_2O_6對亞甲基藍的光催化降解率為98.9%。紫外-可見漫反射光譜表征(UV-Vis DRS)表明,Cu_3B_2O_6的禁帶寬度較窄(Eg=2.34 eV),不僅可以發(fā)生價帶頂與中間能態(tài)的電子躍遷,同時可以發(fā)生禁帶間的電子躍遷,所以Cu_3B_2O_6比CuB_2O_4和Cu(BO_2)_2具有更高的可見光催化性能。通過將CdS與Cu_3B_2O_6單晶復(fù)合改性,促進了光生電子-空穴對的傳輸和分離,有效抑制了電子-空穴對在復(fù)合材料中的復(fù)合,提高了硼酸銅的可見光催化性能。2.以氧化石墨烯(GO)和Cu_3B_2O_6單晶為原料,采用水熱還原法制備了Cu_3B_2O_6/CuBO_2/rGO復(fù)合材料,考察了其室溫條件下對NO_2氣體的傳感性能。研究結(jié)果表明,可見光照射下Cu_3B_2O_6/CuBO_2/rGO對15 ppm的NO_2的氣體響應(yīng)值達到21%。通過石墨烯的復(fù)合改性,大大提高了硼酸銅的導(dǎo)電性,增強了材料的電子傳輸性能,同時CuBO_2與Cu_3B_2O_6形成了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),有效的抑制了光生電子和空穴的復(fù)合,大大提高了氣體傳感器在室溫條件下氣體響應(yīng)的靈敏性。3.以醋酸銅和硼砂為原料,以三嵌段共聚物P123作為模板劑,采用水熱法制得前驅(qū)體,通過不同的溫度的熱處理,制備了不同結(jié)構(gòu)介孔硼酸銅(Cu_3B_2O_6/CuB_2O_4)。利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、N_2吸附-脫附等溫線等對材料進行一系列材料特性表征,考察了溫度對孔結(jié)構(gòu)及晶型的影響。
【關(guān)鍵詞】：硼酸銅 可見光催化 亞甲基藍 氣體傳感器 二氧化氮
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ131.21
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-28
• 1.1 半導(dǎo)體光催化技術(shù)13-16
• 1.1.1 研究現(xiàn)狀13
• 1.1.2 光催化機理13-14
• 1.1.3 光催化劑半導(dǎo)體復(fù)合改性技術(shù)14-16
• 1.2 氣體傳感器16-20
• 1.2.1 研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 新型可見光響應(yīng)氣體傳感器的探索17-18
• 1.2.3 半導(dǎo)體氣敏機理與光激發(fā)原理18-20
• 1.3 硼酸鹽材料20-21
• 1.4 硼酸銅21-26
• 1.4.1 硼酸銅的結(jié)構(gòu)21-22
• 1.4.2 硼酸銅的制備方法22-24
• 1.4.3 硼酸銅的應(yīng)用24-26
• 1.5 論文的研究目的、意義及內(nèi)容26-28
• 1.5.1 研究背景與意義26
• 1.5.2 研究思路與內(nèi)容26-28
• 第二章 試劑、儀器及測試方法28-33
• 2.1 實驗試劑28-29
• 2.2 實驗儀器29
• 2.3 測試方法29-33
• 2.3.1 X射線衍射（XRD）29
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡（SEM）29-30
• 2.3.3 透射電子顯微鏡（TEM）和X射線能譜（EDX）30
• 2.3.4 熱重-差熱分析（TG-DTA）30
• 2.3.5 X射線電子能譜（XPS）30-31
• 2.3.6 紫外-可見光（UV-vis）光譜31
• 2.3.7 比表面測定（BET）31-32
• 2.3.8 傅立葉紅外變換（FT-IR）32
• 2.3.9 拉曼光譜（Raman）32-33
• 第三章 多種結(jié)構(gòu)硼酸銅合成、改性及可見光催化性能33-52
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實驗部分34-36
• 3.2.1 不同結(jié)構(gòu)硼酸銅的合成34
• 3.2.2 對亞甲基藍的光催化降解34-36
• 3.2.3 硼酸銅的改性36
• 3.3 結(jié)果與討論36-50
• 3.3.1 硼酸銅的合成工藝的優(yōu)化36-41
• 3.3.2 三種結(jié)構(gòu)硼酸銅的物相及形貌分析41-43
• 3.3.3 三種結(jié)構(gòu)硼酸銅的光催化性能研究43-45
• 3.3.4 Cu_3B_2O_6的改性45-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 硼酸銅/石墨烯復(fù)合材料的合成及其氣敏性能研究52-66
• 4.1 引言52-53
• 4.2 實驗部分53-56
• 4.2.1 硼酸銅的合成53
• 4.2.2 氧化石墨烯的合成53-54
• 4.2.3 硼酸銅/石墨烯的合成54
• 4.2.4 傳感元件的制備54
• 4.2.5 對NO_2氣體的響應(yīng)測試系統(tǒng)54-55
• 4.2.6 數(shù)據(jù)處理方法55-56
• 4.3 結(jié)果與討論56-65
• 4.3.1 物相和形貌分析56-58
• 4.3.2 價態(tài)分析58-60
• 4.3.3 光響應(yīng)60-61
• 4.3.4 對NO_2的氣敏性61-64
• 4.3.5 對NO_2的氣敏機理64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 不同結(jié)構(gòu)介孔硼酸銅的合成及結(jié)構(gòu)表征66-74
• 5.1 引言66
• 5.2 實驗部分66-67
• 5.3 結(jié)果與討論67-73
• 5.3.1 介孔硼酸銅的物相和形貌分析67-71
• 5.3.2 介孔硼酸銅的孔結(jié)構(gòu)分析71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 論文總結(jié)74-75
• 6.2 論文展望75-76
• 參考文獻76-89
• 作者簡歷89-90
• 致謝90

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本文編號：948495