發(fā)布時間：2020-05-14 22:40

【摘要】：半導體光催化材料在解決環(huán)境污染和能源匱乏方面具有廣泛的應用前景。但是,由于帶隙的限制,傳統(tǒng)的半導體材料僅能利用紫外光或者部分可見光。Yb,Tm摻雜的NaYF4是一種上轉換熒光材料,能夠將長波長的近紅外轉化為短波長紫外光或者可見光。針對半導體材料不能吸收近紅外的弊端,通過將傳統(tǒng)的半導體光催化材料與NaYF4:Yb,Tm上轉換材料復合,使半導體材料通過上轉換過程來利用近紅外光,從而達到提高光催化活性的效果。本論文的主要研究內容如下:(1)采用溶劑熱法與反微乳液法相結合的制備技術制備了具有親水性表面的β-NaYF4:Yb,Tm@SiO2,然后通過原位生長法在Si02表面逐漸生長厚度約5nm的CdS殼層,合成了親水性NaYF4:Yb,Tm@SiO2@CdS復合材料。通過XRD、TEM、PL、XPS對制備的產物進行物相、形貌、熒光特性、元素成分進行了分析。在近紅外光的照射下,對有機染料羅丹明B(RhB)進行光催化實驗,結果表明,在可見-近紅外光(Vis/NIR)的照射下,在35min內,光催化降解率可達78%,比單純CdS(55%)的催化效率高。(2)以油酸(OA)為模板,采用水熱法合成了均勻的六方相NaYF4:Yb,Tm,隨后,通過酸化處理使NaYF4:Yb,Tm表面具有親水性,最后通過原位生長法在其表面沉淀一層厚度為22-25nm、立方相CdS殼層,制備了具有核-殼結構的NaYF4:Yb,Tm@CdS光催化復合材料。采用XRD、XPS、TEM、PL的檢測手段對物相、元素成分、形貌和熒光性質進行了表征。在NIR的照射下,以RhB為有機污染物分子,對其光催化活性進行了探索,結果表明,在Vis/NIR的照射下,降解率高達82%,比單純的CdS提高了 17%。此外,在NIR的照射下,NaYF4:Yb,Tm@CdS在光催化循環(huán)實驗中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。(3)采用水熱法,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為模板、鈦酸四丁酯(TBOT)為鈦源,在NaYF4:Yb,Tm的表面包覆一層銳鈦礦型Ti02殼層,制備了具有核-殼結構的NaYF4:Yb,Tm@Ti02光催化復合材料。通過XRD、XPS、SEM、TEM、FL、UV-Vis光譜對NaYF4:Yb,Tm@TiO2復合物的物相、元素組成、形貌、熒光性質、吸光性質進行了測試表征。分析結果表明,Ti02成功地沉淀在NaYF4:Yb,Tm的表面,可以通過其上轉換過程來利用NIR光。光催化實驗結果表明,在Vis/NIR的照射下,NaYF4:Yb,Tm@TiO2對RhB的降解率可達53%,其催化活性比單純Ti02(35%)高,催化速率常數(shù)是單純TiO2的2.1倍。此外,在NIR照射下,NaYF4:Yb,Tm@TiO2復合物在光催化循環(huán)實驗中展示出良好的穩(wěn)定性。(4)以N-甲基吡咯烷酮為耦合劑,通過水熱法一步合成了 NaYF4:Yb,Trm/ln2S3光催化復合材料。通過XRD、SEM、HRTEM、PL、EDS、BET等儀器對樣品的物相、形貌、熒光性質、元素成分和比表面積進行了分析。分析結果表明,在六方相NaYF4:Yb,Tm的表面包覆了 3-7nm、立方相l(xiāng)rn2S3殼層,這使ln2S3可以通過上轉換過程吸收NIR光。此外,NaYF4:Yb,Tm@ln2S3復合物具有20.02 m2/g的比表面積,遠大于單純的ln2S3(1.07m2/g),這有利于其提高光催化活性。在Vis/NIR的照射下,對RhB進行光催化實驗,實驗結果表明,光照16min,該復合物對RhB的吸附率和降解率可達90%,比單純的ln2S3(50%)高,其表觀速率常數(shù)是單純ln2S3的3.22倍。光催化機理研究揭示NaYF4:Yb,Tm/ln2S3光催化復合材料參與光催化反應的主要活性基團是超氧自由基(·Of)。圖:88;表:3;參考文獻:120
【圖文】：

的電子躍遷到導帶，產生電子，然后在價帶上形成等量的空穴，于是就形成具有逡逑還原性的電子和氧化性的空穴對。導帶邊位置越高，形成的電子具有更高的還原逡逑性；價帶位置越低，產生的空穴擁有更高的氧化性［２１］。如圖１．１（ｂ）所示，，光生電逡逑子和空穴的部分在材料內部就發(fā)生了復合反應。然而，其他部分遷移到半導體材逡逑料的表面可能發(fā)生了復合（圖１．１（ａ）），且復合產生的能量以熱量的形式散失［２２］。逡逑在光催化降解的過程中，一方面，如圖１．１（ｄ）所示，產生的光生空穴遷移在逡逑半導體材料的表面與周圍的Ｈ２０或－０Ｈ發(fā)生作用而生成？０？，而光生電子也能和逡逑0２發(fā)生作用而生成？0＝？（圖１．１（ｃ））。ＡＨ和＊０２？都具有很強的氧化性，能夠把吸附逡逑在半導體催化劑表面的有機物質最終氧化為ＨｚＣＸＣＣｈ和無毒的物質；另一方面，逡逑光生空穴可以直接氧化緊密接觸半導體材料表面的有機物［＆２７］。逡逑Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ逡逑，？ａ0逡逑嚴：茗％逡逑／邋ｎ：：ｅ；；：＇＾：ｈＶ逡逑0２邋Ｖｏｌｕｍｅ邋Ｒｅｃｏｎ＾ｂｉｎａｔｉｏｎ逡逑圖１．１半導體材料的光催化反應機理圖逡逑Ｆｉ

的電子躍遷到導帶，產生電子，然后在價帶上形成等量的空穴，于是就形成具有逡逑還原性的電子和氧化性的空穴對。導帶邊位置越高，形成的電子具有更高的還原逡逑性；價帶位置越低，產生的空穴擁有更高的氧化性［２１］。如圖１．１（ｂ）所示，光生電逡逑子和空穴的部分在材料內部就發(fā)生了復合反應。然而，其他部分遷移到半導體材逡逑料的表面可能發(fā)生了復合（圖１．１（ａ）），且復合產生的能量以熱量的形式散失［２２］。逡逑在光催化降解的過程中，一方面，如圖１．１（ｄ）所示，產生的光生空穴遷移在逡逑半導體材料的表面與周圍的Ｈ２０或－０Ｈ發(fā)生作用而生成？０？，而光生電子也能和逡逑0２發(fā)生作用而生成？0＝？（圖１．１（ｃ））。ＡＨ和＊０２？都具有很強的氧化性，能夠把吸附逡逑在半導體催化劑表面的有機物質最終氧化為ＨｚＣＸＣＣｈ和無毒的物質；另一方面，逡逑光生空穴可以直接氧化緊密接觸半導體材料表面的有機物［＆２７］。逡逑Ｓｕｒｆａｃｅ邋Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ逡逑，？ａ0逡逑嚴：茗％逡逑／邋ｎ：：ｅ；；：＇＾：ｈＶ逡逑0２邋Ｖｏｌｕｍｅ邋Ｒｅｃｏｎ＾ｂｉｎａｔｉｏｎ逡逑圖１．１半導體材料的光催化反應機理圖逡逑Ｆｉ
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O643.36;O644.1;X703

【參考文獻】

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1 金利華;盧亞鋒;王鵬飛;張國防;張云;王耀;李成山;;TFA-MOD技術制備YBCO超導層的熱解機理研究[J];稀有金屬材料與工程;2012年08期

本文編號：2664040