【摘要】：光催化技術可以實現(xiàn)太陽能至化學能的有效轉化,應用在有機污染物處理領域,可以將水體中的有機物污染物分解為無毒的無機產物,有助于解決世界性的環(huán)境問題。制備具有合適帶隙的可見光響應半導體光催化劑、促進光生電子-空穴對的有效分離是光催化技術實際應用的關鍵。鐵基氧化物以及鐵基復合氧化物(鐵酸鹽)具有合適的禁帶寬度,化學和光化學穩(wěn)定性良好。特定的結構對鐵基氧化物以及鐵基復合氧化物的光催化性能有著重要的影響,特殊的空心結構或者分級結構有利于提高可見光的吸收和載流子的分離。本文選擇熱解金屬有機配位聚合物前驅體制備鐵基氧化物光催化劑。與其他常見模板或者前驅體相比,金屬有機配位聚合物具有獨特的結構和孔隙率,這種獨特的優(yōu)勢有助于開發(fā)一系列具有特定可控形貌的納米材料。通過選擇具有特殊形貌的金屬有機配位聚合物并且在合適的實驗環(huán)境進行轉化,可以獲得具有期望形貌的鐵基氧化物以及鐵基復合氧化物。通過簡單的溶劑熱法結合后續(xù)熱處理制備了磁性可分級ZnFe_2O_4/g-C_3N_4復合光催化劑。前驅體微球由納米粒子組成,由于g-C_3N_4納米片的空間限制效應,金屬配位聚合物前驅體納米粒子直徑受到限制。熱解之后次級結構得到很好的保留。在降解過程中,g-C_3N_4表面產生的光生電子遷移到ZnFe_2O_4表面,促使光生電子-空穴對的有效分離。ZnFe_2O_4/CN-150光催化劑降解動力學常數(shù)比純Zn Fe_2O_4的動力學常數(shù)提高10倍以上。此外,復合光催化劑具有抗光腐蝕的化學穩(wěn)定性,其鐵磁性使其可磁性回收并方便地重復使用。通過微波溶劑熱法制備了Fe-MIL材料,通過調節(jié)溶劑種類獲得了具有分級結構的中心棒狀形貌前驅體�？諝鈿夥障�,在不同溫度條件下進行熱處理,可以獲得不同物相的氧化鐵材料。在可見光條件下,使用相應材料降解有機污染物,研究了物相對氧化鐵光催化劑性能的影響。發(fā)現(xiàn)500攝氏度熱解前驅體制得的γ相α相兩相復合的Fe_2O_3光催化劑性能較好,這是因為具有匹配能帶結構的兩種物相緊密結合,構建有效的同質異相結,使得光生電子與空穴有效分離。氧化鐵除了可以作為光催化劑,還可以用作鋰電負極材料。使用微波溶劑熱法制備的Fe-MIL材料作為前驅體,通過兩次燒結的方式,制得了γ-Fe_2O_3材料。γ-Fe_2O_3鋰電負極材料表現(xiàn)出了優(yōu)秀的比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1
【圖文】：

圖 1-1 半導體光催化原理示意圖催化過程中產生的空穴或者羥基自由基有分的有機物，在室溫下可實現(xiàn)對有機污染。經(jīng)過幾十年研究，以 TiO2為主的一系列氧化的技術對象，環(huán)境光催化主要分為液-固反應將能量密度較小的太陽能轉換為能量密領域時，可以將水體中的有機物污染物降技術還可以應用于有機化合物的處理、無機

其平均光催化析氫速率高達 1430.1 μmol g-1h-1，是未處理樣品的 4.3 倍（334.3 μmol g-1h-1）[9]。研究發(fā)現(xiàn)這種改性的 g-C3N4表現(xiàn)出多孔結構和本征電子/能帶結構調制，這導致了更大的比表面積和更多的表面反應位點、延長光吸收范圍以更有效地利用可見光，上移的導帶位置具有更強的還原性和更有效的光生載流子分離效果，最終有利于提高光催化析氫活性。g-C3N4具有二維平面結構，其結構和石墨烯類似，可以作為基底材料負載其他半導體光催化劑，通過與其他半導體材料構建復合光催化劑來抑制載流子的復合，特殊的形貌和結構同時可能有助于提高其光催化活性。研究人員已經(jīng)開發(fā)了 TiO2-C3N4[41]，AgBr-C3N4[18]，Bi2WO6-C3N4[47]，BiVO4-C3N4[22]等多種復合光催化劑，復合結構可以增加光吸收并提高量子產率[14, 48]。Hongjun Dong 首先利用選擇性光沉積技術合成了高分散的 Ag/Fe3O4/g-C3N4復合光催化劑[12]，其制備流程示意圖如圖 1-2 所示。除了保留有利于再循環(huán)的磁性能外，復合光催化劑還顯示出降解四環(huán)素的光催化活性，而且穩(wěn)定性得到明顯改善。增強的光催化活性來源于 Ag，F(xiàn)e3O4和 g-C3N4的協(xié)同作用，復合提高了光吸收能力和載流子的分離效率。這項工作提供了一種有前途的方法來開發(fā)可以循環(huán)利用的應用于抗生素廢水處理的可見光響應光催化劑。

【參考文獻】

相關博士學位論文 前4條

1 石磊;氮化碳基光催化材料的制備及性能[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

2 陳志鴻;新型具可見光活性光催化體系的設計、制備及其光催化性能與機理研究[D];華南理工大學;2016年

3 呂強;核殼結構的磁性氧化鐵復合材料的合成、表征及應用[D];大連理工大學;2014年

4 劉瑞江;磁性氧化鐵基納米結構的構筑及其應用研究[D];江蘇大學;2013年

本文編號：2713454