層狀納米復(fù)合光催化劑的制備及其應(yīng)用.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人口的劇烈膨脹,人類對能源的需求增長較快,而全球性環(huán)境問題也日益顯著。半導(dǎo)體光催化能夠利用豐富的太陽能來分解水產(chǎn)氫、降解有機污染物和還原二氧化碳,這對全球新能源開發(fā)和環(huán)境治理有重要的意義。不過,以二氧化鈦為代表的傳統(tǒng)異相光催化材料帶隙很寬,只能吸收太陽光中少量的紫外光部分;同時,其光生載流子容易復(fù)合,量子產(chǎn)率較低。為了使光催化技術(shù)進一步走向?qū)嵱没?充分發(fā)揮其在氫能源開發(fā)、環(huán)境凈化以及二氧化碳處理等方面的優(yōu)勢,發(fā)展

2、新型高效的可見光光催化材料體系是必然趨勢。層狀結(jié)構(gòu)化合物具有特殊層狀主體的結(jié)構(gòu),層間距一般在幾個納米之間,處于分子水平,可以認為是納米級的特殊材料。它作為一種重要的固體納米功能材料,由于其特有的層狀結(jié)構(gòu)和層間化學(xué)反應(yīng)活性使其在離子交換、吸附、傳導(dǎo)、分離和催化等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前途。
　　本論文重點研究了層狀雙金屬氫氧化物(LDHs)及BiOBr兩種層狀材料,其獨特的層狀結(jié)構(gòu)使得光生載流子在層間能夠有效的分離和傳輸;另外,其層

3、間離子具有很高的活性,可以發(fā)生嵌入、剝離、柱撐和離子交換等反應(yīng)來改變結(jié)構(gòu),優(yōu)化其光催化性能。根據(jù)結(jié)構(gòu)和性能的相互關(guān)系,通過對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計、可控合成以及功能化組裝,來獲得高效的可見光光催化材料。其主要研究內(nèi)容如下:
　　1.通過共沉淀的方法成功合成了具有不同插層離子(CO32-、Cl-)的 Zn-Cr水滑石。通過離子交換及沉淀方法在Zn-Cr水滑石表面沉積AgCl納米顆粒而得到一種新型的 Zn-Cr-AgCl可見光催化劑,并且保持

4、了原有的層狀結(jié)構(gòu)。Zn-Cr水滑石在波長為410nm和570nm處分別有很大的吸收峰,表明Zn-Cr水滑石具有優(yōu)秀的可見光吸收性能。修飾AgCl后其對可見光的吸收性能進一步提高。在可見光的照射下,Zn-Cr-AgCl水滑石對鄰苯二酚具有很好的光催化降解能力,兩個小時內(nèi)能夠分解將近87％,比Zn-Cr水滑石具有更好的效果。這是由于AgCl與水滑石形成了異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元,很好的抑制了光生電子與空穴的復(fù)合,從而提高光催化活性。
　　2.將Z

5、n-Ti水滑石(LDHs)分散于H2PtCl6水溶液中,通過離子交換和光化學(xué)還原的方法制備了納米Pt插層的Zn-Ti水滑石(LDHs)。Pt和Zn-Ti水滑石的結(jié)合將納米Pt的一些特性如優(yōu)異的導(dǎo)電性能和可控性引入光催化中。在模擬太陽光的照射下,發(fā)現(xiàn)Pt/Zn-Ti LDHs的光催化降解羅丹明的性能是純Zn-Ti LDHs的17倍之多。由于Pt/Zn-Ti LDHs具有很大的比表面積,很寬的光響應(yīng)范圍,較小的平帶電勢和很高的光生電子遷移效

6、率,所有的這些特征都有效的阻止了光生電子的復(fù)合機率。
　　3.通過簡單的溶劑熱方法成功合成了具有高可見光催化活性的錫摻雜的BiOBr中空微球。結(jié)果表明,摻雜在很大程度上改變了 BiOBr的微觀結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能,這些改變都能提高其光催化活性。在可見光條件下照射,通過降解羅丹明B溶液來研究錫摻雜的BiOBr光催化劑的光催化活性。其主要研究了錫摻雜量對 BiOBr中空微球光催化劑光生電子的影響,主要包括光生電子的分離和光催化活性。和