幾種半導(dǎo)體光催化劑的制備及光催化性能研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染制約著人類社會的可持續(xù)發(fā)展，如何有效地解決這兩大難題是目前人們關(guān)注和研究的重點?；趯⑻柲苻D(zhuǎn)化為化學(xué)能的半導(dǎo)體光催化技術(shù)不僅可以利用太陽光分解水制氫提供一種清潔能源，還可以降解有機污染物解決環(huán)境污染問題。半導(dǎo)體光催化技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、催化劑容易得到、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點，有望成為解決能源和環(huán)境問題的一條有效途徑。
　　半導(dǎo)體光催化技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵是研制出高效寬譜響應(yīng)的光催化材料。光催化材料的吸收光譜

2、與太陽光譜相匹配是提高太陽能利用率的前提，而高的光催化活性使光催化材料的應(yīng)用成為可能。目前，開發(fā)高效可見光響應(yīng)的光催化劑，提高光量子效率，已成為光催化領(lǐng)域研究的重點課題。目前已有大量關(guān)于改性傳統(tǒng)光催化劑、開發(fā)新型光催化劑以提高光催化材料太陽光譜響應(yīng)范圍和光催化效果的報道，雖然取得了一定的進展，但是仍有許多材料的體系及結(jié)構(gòu)和催化性能之間的關(guān)系沒有被構(gòu)建和研究。為了拓展光催化材料的范圍及完善一些材料結(jié)構(gòu)和性能之間的相互聯(lián)系，本文重點研究了以

3、下幾個方面:
　　1)提出一種新型一步無模板水熱合成TiO2，α-Fe2O3和SnO2等金屬氧化物空心結(jié)構(gòu)的通用方法。通過不同反應(yīng)時間產(chǎn)物的形貌探索了空心結(jié)構(gòu)的形成過程并提出可能的形成機理即三氟乙酸輔助的奧斯特瓦爾德熟化過程。對所制備的氧化物空心結(jié)構(gòu)進行了光催化和鋰電性能測試，結(jié)果證明所制備的YiO2空心結(jié)構(gòu)具有良好的光催化活性，且三種空心結(jié)構(gòu)都有較好的鋰電性能。
　　2)設(shè)計了一種以α-GaOOH為前驅(qū)體拓撲合成介孔α-G

4、a2O3多級結(jié)構(gòu)的方法并考察了α-GaOOH多級結(jié)構(gòu)的組成方式。離子液體在多級結(jié)構(gòu)的形成中不僅起到調(diào)節(jié)pH值的作用，而且咪唑陽離子能夠選擇性吸附在形成的α-GaOOH晶面上，通過靜電吸引作用促進多級結(jié)構(gòu)的形成。將α-GaOOH煅燒處理后，成功合成出仍然保持前驅(qū)體形貌的介孔α-Ga2O3多級結(jié)構(gòu)。分析了所制備介孔α-Ga2O3的結(jié)構(gòu)特點。通過紫外光下降解羅丹明B的實驗證明了所制備介孔α-Ga2O3多級結(jié)構(gòu)具有良好的光催化活性。
　　

5、3)通過簡單的水熱方法制備了具有高{001}面比例的TiO2納米晶體并考察了不同反應(yīng)條件對產(chǎn)物形貌的影響。將所制備的TiO2經(jīng)乙二胺處理后，煅燒得到N摻雜的高{001}面比例TiO2光催化材料。通過XPS、BET等測試手段分析了所制備催化劑的組成。光催化降解有機污染物實驗證明所制備N摻雜TiO2材料具有優(yōu)于N摻雜P25的可見光催化活性。
　　4)制備和探索了兩種釩酸鹽可見光光催化材料的結(jié)構(gòu)及光催化性能。分別為:以沉淀法制備了具有新

6、穎且可控形貌的α-Ag3VO4納米結(jié)構(gòu)。正丁胺同時作為沉淀劑和螯合劑。通過調(diào)整正丁胺的用量，成功制備了α-Ag3VO4納米星和納米花兩種形貌的晶體。光催化實驗證明所制備兩種α-Ag3VO4納米結(jié)構(gòu)都具有較好的可見光催化活性。通過水熱法合成了枝狀BiVO4納米晶體并對產(chǎn)物的形貌進行分析。探索了不同反應(yīng)條件對產(chǎn)物形貌的影響。實驗證明，NH4F在枝狀結(jié)構(gòu)的形成中起到了關(guān)鍵的作用。提出枝狀結(jié)構(gòu)可能的生長機理。光催化實驗證明產(chǎn)物具有良好的可見光催