新型光催化剂的表界面调控及其光催化性能增强

《新型光催化剂的表界面调控及其光催化性能增强》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、华中师范大学博士学位论文新型光催化剂的表界面调控及其光催化性能增强姓名：蒋静申请学位级别：博士专业：农药学指导教师：张礼知201205摘要近年，半导体光催化作为一种绿色技术在解决环境问题和提供可再生能源方面获得了广泛的关注。半导体光催化基于以下过程发生：当入射光的能量大于或等于半导体的带隙能时受激电子从价带跃迁到导带，此时导带获得光生电子价带留下光生空穴，紧接着光生载流子与半导体表面的底物发生氧化还原反应。在这个过程中光生载流子间的复合始终不可避免，这将会导致光催化效率降低。因此，光生载流子的复合与转移之间的竞争无疑是决定半导体的光催化行为最为重要的

2、因素之一。另一方面，高活性光催化剂通常要求半导体具备足够的禁带宽度。尽管宽带隙半导体能够满足这些要求，然而宽带隙半导体光响应范围的局限性却又不可避免地限制了其全面有效地利用太阳光谱。目前，大量的研究工作集中在基于外来元素掺杂的能带结构调控以克服上述弊端。遗憾的是，外来元素掺杂不但会给光催化体系带来热稳定性问题，会在掺杂半导体中引入载流子的复合中心，而且还会影响母体半导体中光生载流子的氧化还原能力。因此，本论文旨在通过对半导体光催化剂进行表界面调控，设计、制备出高活性光催化剂，并对其光催化性能进行系统研究。l、尺寸和形貌可控的AgCVAg等离子光催化剂

3、可通过一种快速微波非水液相合成策略获得。通过合理调节反应温度和微波辐射时间，我们研究了圆锥形AgCVAg等离子光催化剂的生长机制。AgCI／Ag表现出了贵金属特有的表面等离子体共振吸收现象。该共振吸收与AgCVAg中两组成的尺寸、形貌和比例密切相关。所制备的AgCVAg在室内人工日光照射下显示出优良的光催化降解有机污染物(如甲基橙，罗丹明B和五氯酚)活性和重复使用性能，甚至能在室内弥散日光的照射下快速地彻底分解有机污染物。活性物种捕获实验进一步揭示了AgCI／Ag等离子光催化剂系统的高催化活性来源于光生空穴的直接氧化。2、AgBr／Ag光催化剂同样可

4、以通过这种快速微波非水液相法合成得到。我们发现在AgBr／Ag的室内日光光催化过程中，贵金属不仅能作为可见光吸收和转换中心，还能作为电子的产生源。Ag纳米颗粒的等离子体光催化能够与AgBr的半导体光催化有效耦合，协同增强AgBr／Ag的室内日光光催化活性。我们进一步探究了AgBr／Ag的室内日光光催化机制，发现在室内日光照射下表面等离子体共振诱导的局域电场增强效应可以有效加速在AgBr表面产生电子．空穴对，促使AgBr导带获得了更多可利用的电子．3、通过简易一锅非水液相合成策略制备了金属等离子体表面修饰的自掺杂BiOCI光催化剂。这种原位自掺杂效应能

5、够将BiOCI的光响应范围从紫外区拓展到可见光区，’使其拥有可见光光催化降解有机污染物的活性。更为重要的是，由于Ag纳米颗粒在可见光区独特的表面等离子体共振效应，能够进一步增强自掺杂BiOCI的光催化活性。光电流作用谱的实验结果刚好印证了这个过程的发生。⑨博士学位论文DDCToRALDIsSERI：AnON4、利用低温化学浴法构筑了znO／BiOl异质结构，其形貌、组成和光学性质能够通过调节Bi／Zn摩尔比实现合理调控。ZnO／BiOI异质结构表现出良好的可见光光催化降解甲基橙的活性。表面光电压和瞬态光电压测试结果证实了耦合ZnO形成异质结构能够有效

6、改善BiOl的光生电荷转移性质，BiOl和ZnO界面问的异质结能有效地降低电子．空穴的复合几率和延长载流子的寿命。我们将ZnO／BiOI异质结构在可见光照射下的高催化活性归结于其高比表面积和界面异质结的形成。5、不同表面原子结构的BiOCI单晶纳米片能够采用一种简易的水热合成法选择性地获得。通过合理控制反应体系的氢离子浓度，我们可以很容易地操纵BiOCI的表面性质。我们进一步系统地比较了高比例{001)和{010}晶面分别暴露的BiOCI单晶纳米片降解有机污染物的光催化活性。结果表明，{001}晶面暴露的BiOCl单晶纳米片具有独特的表面性质和更合适

7、的内部电场，这有助于其在紫外光下的直接激发降解甲基橙；{OLO}晶面暴露的BiOCI单晶纳米片拥有较大的比表面积和开放型的表面原子特征，这使其在可见光下的间接染料敏化降解甲基橙更为有效。关键词：光催化；表面等离子体共振：自掺杂；晶面暴露；卤化银；卤氧化铋⑨博士学位论文DOCI．oRAI，DIsSEl己1AnONAbstractSemiconductorphotocatalysishasattractedgreatinl晒沱Stbecauseitprovidesapromisingpathwayforsolvingenergysupplyandenvi

8、ronmentalpollutionproblems．Thebasicconceptofsemiconduc