【摘要】：隨著人類工業(yè)和文明的快速發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重,發(fā)展高效吸附劑和光催化劑以高效去除和降解廢水中的有機污染物已成為化學(xué)、材料、環(huán)境等多學(xué)科研究的熱點問題。如何針對吸附和光催化過程中的物理、化學(xué)機理,有針對性地進行表面和結(jié)構(gòu)調(diào)控,從而提升性能,獲得優(yōu)質(zhì)的材料作為應(yīng)用儲備,是在全世界范圍內(nèi)引起廣泛關(guān)注的關(guān)鍵科學(xué)問題。二氧化鈦(TiO_2)和鎢酸銅(CuWO_4)作為兩類價格低廉、無毒、地球儲量豐富的氧化物半導(dǎo)體,在大規(guī)模開發(fā)利用上具有巨大的應(yīng)用潛力。但TiO_2由于其較寬的禁帶寬度,限制了其光響應(yīng)范圍和光催化效率。而鎢酸銅雖具有較窄的禁帶寬度,但由于其較高的載流子復(fù)合效率,限制了其性能和應(yīng)用范圍。因此,本論文擬通過合理的結(jié)構(gòu)調(diào)控和表面改性策略來對這兩種半導(dǎo)體進行改性,以期提高它的光吸收利用率,促進載流子分離效率,達到對污染物的高效去除�；诖�,開展如下研究:(1)針對TiO_2材料光吸收和電荷分離等方面的劣勢,我們選擇利用三維大孔結(jié)構(gòu)的慢光子效應(yīng)增加二氧化鈦對光的利用率。同時,利用Bi~(3+)的摻雜和碳點(CDs)的修飾實現(xiàn)對TiO_2的能級調(diào)控,從而增加電荷傳導(dǎo)率,促進光生載流子的快速分離。我們通過溶膠凝膠法輔助熱處理方法合成了CDs修飾的3DOM Bi:TiO_2三維納米復(fù)合材料。結(jié)果表明,該復(fù)合材料具有良好的光催化降解性能,實現(xiàn)了對RhB和苯酚的高效光催化降解。(2)吸附劑的表面積和活性位點數(shù)是影響吸附性能的關(guān)鍵因素。我們通過設(shè)計簡便易行的自模板法合成三維結(jié)構(gòu)的CuWO_4,以期提高其比表面積和吸附位點來達到較好的污染物去除性能。我們通過控制水熱反應(yīng)的時間調(diào)控CuWO_4的形貌,得到了相應(yīng)的實心CuWO_4納米球(s-CuWO_4)和空心鎢酸銅納米球(h-CuWO_4)。結(jié)果表明,h-CuWO_4對亞甲基藍(MB)的吸附速度更快,吸附容量更大,實現(xiàn)了CuWO_4對染料良好的吸附性能。(3)針對CuWO_4光催化劑存在的效率較低的問題,我們對CuWO_4進行形貌調(diào)控和表面修飾來提高CuWO_4自身的載流子分離效率,從而提高光催化性能。通過合成能有效利用光吸收和的加強傳質(zhì)的空心結(jié)構(gòu),同時利用CdS與CuWO_4的界面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)加強電子傳輸,再利用表面修飾CDs的優(yōu)良的電子傳導(dǎo)和儲存能力來增強光生載流子分離效率,提高載流子利用率。結(jié)果表明,該三元復(fù)合催化劑對剛果紅和苯酚都存在明顯提升的光催化降解性能。
【圖文】：

圖 1.1 吸附過程示意圖Figure 1.1 Diagram of adsorption process圖 1.2 半導(dǎo)體中光生載流子激發(fā)、遷移和復(fù)合過程Figure 1.2 Excitation and migration and recombination of photogenerated carriers in semiconductor

圖 1.2 半導(dǎo)體中光生載流子激發(fā)、遷移和復(fù)合過程and migration and recombination of photogenerated c必須比析氧電位更正。同樣，要實現(xiàn)光催化劑半導(dǎo)體表面應(yīng)具有能與吸附物 (O2、OH-)自由基 ( O2-和 OH)，進一步降解被吸附的有利于還原反應(yīng)，而半導(dǎo)體的價帶位置越正率由光的利用率、電荷傳輸、載流子的分離atrη =η×η×η整體效率，aη 為光吸收效率，tη 為載流子因素
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X703;O644.1;O643.36

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本文編號：2664114