高效半导体光催化材料的制备及其光催化性能研究

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1、万方数据中图分类号眦h了种5UDC鹤硕士学位论文学校代码!Q5三3密级公珏高效半导体光催化材料的制备及其光催化性能研究Preparationsofhigh—e臼fectiVesemiconductorphotocatalyticmaterialsandtheirphotocatalyticperfomances作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：袁惠敏化学工程半导体光催化材料化学化工学院钱东教授答辩委员会主席中南大学2014年5月秒镐／万方数据㈣圳⋯洲川洲删⋯川1删学位论文原创性声明Y268629≯本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人

2、在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。作者签名：盏童!缝日期：丝!!年』月旦日学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将

3、本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。保密论文待解密后适应本声明。作者签名：壹童!廷日期：五l竺年上月型日导师签名丛日期：塑!笙年二月翌日万方数据高效半导体光催化材料的制备及其光催化性能研究摘要：世界经济的高速发展带来了全球范围内的污染问题以及能源问题。尽管环境污染的治理耗费大量的时间、精力和金钱，然而效果甚微，因此空气污染和水污染的处理将是21世纪人们面临的重大挑战。半导体光催化降解有机污染物不仅高效而且经济，便于空气有机污染物和水有机污染物的处理。因此，半导体光催化材料己被国内外广泛研究。

4、n型半导体Ti02一直被认为是最有前途的光催化剂，但其约为3．2eV的禁带宽度限制了其在可见光区域的应用；禁带宽度为2．OeV的p型半导体Cu20以及2．4eV的n型半导体单斜白钨矿BiV04具有较强的可见光吸收是潜在的可见光催化材料，但光生电子一空穴对易于复合导致其光量子效率低。通过将不同半导体进行复合形成异质结以及扩大材料的光响应范围被认为是提高半导体材料光催化性能的重要途径。本文旨在采用简单而有效的方法制备具有优越光催化性能的Cu20、Ti02和具有异质结构的BiV04一Cu20。Ti02复合可见光催化剂，并研究了所制备材料对甲基橙(MO)和罗丹明

5、B(I她1)的光催化降解性能。本论文的研究成果如下：(1)在不添加任何模板剂的条件下，以硝酸铵作为导向剂，葡萄糖作为还原剂，采用简单的溶剂热法制备了直径大约400一1000mn开口空心结构的Cu20微球。考察了所制备的开口空心结构的Cu20对M0和RhB降解的光催化性能。结果表明，经1h黑暗中的吸附和9W节能荧光灯2h的光照，Cu20对M0的脱除率达到了99％，主要以吸附降解为主；经1h黑暗中的吸附和9W节能荧光灯5h的光照，对砒1B的脱除率为60％，主要以光催化降解为主。(2)在添加NaF和HCl的条件下，通过溶剂热法成功制备了具有高能(001)和(1

6、00)面的锐钛矿型Ti02。产品由50一100mn的Ti02纳米球和O．5—1岬的具有平滑晶面的微晶组成，首次观察到了削角三棱柱形貌的Ti02。经黑暗中1h的吸附和300WXe灯3h的照射，Ti02对础1B的光催化活性为90．O％，脱除率为92．7％，均远大于NaF和HCl其他添加条件下所制备的Ti02以及商用纳米Ti02颗粒P25的光催化活性和础1B的脱除率。(3)通过简单的湿化学法成功合成了新型的三元万方数据BiV04．Cu20．Ti02异质结构可见光催化材料，相比于Cu20和Cu20．Ti02表现出更好的光催化性能。经黑暗中1h的吸附和9W节能荧光

7、灯8h的照射，5％BiV04—40％Cu20．Ti02对RhB的脱除率和光降解率分别达到了98．3％和97．8％。通过紫外可见漫反射光谱表征、荧光光谱表征、捕获实验、交流阻抗测试以及能带结构的理论分析探讨了BiV04．Cu20．Ti02三元异质结构复合可见光催化剂性能优异的关键所在，为新型可见光响应的半导体催化剂的设计和制备提供新的思路。关键词：氧化亚铜；二氧化钛；钒酸铋；复合材料；光催化；罗丹明B；甲基橙分类号：28ll万方数据Preparationsofhigh—effIectiVesemiconductorphotocatalyticmateria

8、lsandtheirphotocatalyticperf．0rmancesABS