隨著全球工業(yè)化的迅猛發(fā)展,所造成的環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重。半導(dǎo)體光催化技術(shù)是解決能源和環(huán)境危機(jī)的有效策略,它利用光照條件下催化劑能夠產(chǎn)生的光生電子和空穴實(shí)現(xiàn)污染的消除或能源的產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)光催化技術(shù)在大規(guī)模工業(yè)上的應(yīng)用,應(yīng)用地殼表面豐富的元素制備低價(jià)格的光催化劑是一個(gè)關(guān)鍵步驟。以地殼含量豐富的鋁和鎂為原料制備的鎂鋁水滑石(MgAl-LDHs),因其禁帶寬度大,不能轉(zhuǎn)移自由電子,限制了其在催化領(lǐng)域的應(yīng)用。考慮到鎂鋁水滑石為層狀結(jié)構(gòu),表面有大量的氧暴露。又通過研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)建表面氧空位能夠有效縮短材料的本征禁帶寬度,增強(qiáng)對(duì)光的吸收。因此,本文通過水熱法合成出具有表面氧空位的鎂鋁水滑石。采用XRD、SEM、TEM、DRS、PL、BET等手段對(duì)材料進(jìn)行了表征,并通過在模擬太陽光下降解無色苯酚溶液確定用硝酸鋁、硝酸鎂、氫氧化鈉和碳酸鈉制備的材料的光催化活性最高,這是歸因于其表面含有豐富的氧空位,能使原本因?yàn)榻麕挾却蠖鵁o法躍遷的價(jià)帶電子,通過中間能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶上,有效的轉(zhuǎn)移光生電子,增強(qiáng)對(duì)光的利用率。單一的鎂鋁水滑石(MgAl-LDHs)對(duì)太陽光的利用率低,為了促進(jìn)半導(dǎo)體對(duì)光的吸收,增強(qiáng)光生載流子的分離效率。構(gòu)筑異質(zhì)結(jié)是很好的選擇。本文通過一步水熱法構(gòu)筑CoAl-LDHs/MgAl-LDHs異質(zhì)結(jié),改善MgAl-LDHs對(duì)光響應(yīng)范圍窄這一主要缺點(diǎn),使其在紫外-可見區(qū)域有了明顯的光吸收。由于MgAl-LDHs具有缺陷,能夠有效的轉(zhuǎn)移CoAl-LDHs產(chǎn)生的光生電子,提高光生電子-空穴對(duì)的分離效率。通過光催化降解苯酚,發(fā)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)的光催化活性要比單一物質(zhì)的高。進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn),鎂鋁水滑石(MgAl-LDHs)經(jīng)過不同溫度煅燒,形成含有無定形成分的鎂鋁尖晶石(MgAl_2O_4)。理論計(jì)算表明,純MgAl_2O_4晶體的禁帶寬度為7.505 eV,價(jià)帶的頂主要由Mg-p和O-p雜化形成,而導(dǎo)帶底主要來源于Mg-s/p和O-s/p。UV-vis DRS結(jié)果顯示,含無定形成分的MgAl_2O_4可吸收紫外光,其帶隙為3.90 eV,這是由于較長(zhǎng)的Mg-O鍵和存在缺陷引起的。在紫外光照射下,通過降解甲基藍(lán)(MB),對(duì)MgAl_2O_4的光催化活性進(jìn)行評(píng)價(jià)。提出了MgAl_2O_4的電子傳遞路線和光催化機(jī)理。利用Motts-schottky電化學(xué)測(cè)量獲得了MgAl_2O_4導(dǎo)帶電勢(shì)。
【學(xué)位單位】：河北科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O643.36;O644.1
【部分圖文】：

-1 0 1 2 3 40.50.6Irradiation tim e (h)no scavengerIPAB QED TA-2N a圖 3-11 LDH-3 的捕獲劑試驗(yàn)圖3.5 光催化機(jī)理基于以上試驗(yàn)分析和活性物種的研究，所提出了可能的光催化過程的機(jī)理，圖 3-12 所示。當(dāng)光照射到含有氧空位的 MgAl-LDHs 的表面時(shí)，處在價(jià)帶上的電躍遷到缺陷能級(jí)或?qū)�，在價(jià)帶位相應(yīng)的位置上留下空穴，空穴能夠直接氧化解污染物，還可以與水反應(yīng)生成 OH。處在高能級(jí)的電子能夠與空氣中的氧反應(yīng)生成 O2-， O2-可以與水反應(yīng)生成 OH。在空穴和自由基的共同作用下，苯酚得以解。催化劑表面的氧缺陷能夠有效的捕獲光生電子，抑制光生電子-空穴對(duì)的分離缺陷能級(jí)起到中間能級(jí)的作用，能使因?yàn)榻麕挾却蠖鵁o法躍遷的光生電子遷移導(dǎo)帶上，提高光催化效率。

25圖 4-1 不同樣品的 N2吸/脫附等溫線以及相應(yīng)的孔容孔徑分布圖a) MgAl-LDHs;b) 0.09 Co-Mg; c) 0.20 Co-Mg; d) 0.33 Co-Mg; e) 0.50 Co-Mg; f) CoAl-LDHs表 4-2 顯示了樣品的孔容、孔徑和比表面積結(jié)果。因?yàn)?CoAl-LDHs 的表面積較小，因此隨著 CoAl-LDHs 的含量的增加，異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的比表面積逐漸減小，但整體來說，降低的幅度較 CoAl-LDHs 的增加量小得多，尤其是在 0.20-0.50 Co-Mg 異質(zhì)結(jié)處。CoAl-LDHs 的加入增強(qiáng)了整體的活性位點(diǎn)的暴露，從而有利于光催化效率的提高

圖 4-12 異質(zhì)結(jié)光催化降解苯酚機(jī)理圖4.6 本章小結(jié)為了增強(qiáng) MgAl-LDHs 對(duì)光的相應(yīng)，增加 CoAl-LDHs，通過一步水CoAl-LDHs/MgAl-LDHs 異質(zhì)結(jié)。當(dāng) CoAl-LDHs 與 MgAl-LDHs 的摩爾比制備的異質(zhì)結(jié)樣品表現(xiàn)出最高的光催化活性。這歸因于一下幾方面：一，C的加入增強(qiáng)了樣品的光響應(yīng)范圍，MgAl-LDHs 比表面積較大對(duì)苯酚的吸附兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；二，層狀結(jié)構(gòu)之間的異質(zhì)結(jié)，有利于增加接觸位點(diǎn)，便于遷移；三，兩種化合物能帶結(jié)構(gòu)相互匹配，具有缺陷態(tài)的 MgAl-LDHs 能夠CoAl-LDHs 產(chǎn)生的光生電子，提高光生電子-空穴對(duì)的分離效率，增強(qiáng)光催

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李發(fā)堂;劉英;李振杰;劉瑞紅;殷蓉;;Nd摻雜LaFeO_3納米粉體的合成及其可見光催化活性(英文)[J];納米技術(shù)與精密工程;2010年03期

2 沈師孔,李春義,余長(zhǎng)春;Ni/Al_2O_3催化劑上甲烷部分氧化制合成氣反應(yīng)機(jī)理[J];催化學(xué)報(bào);1998年04期

本文編號(hào)：2819828