金属有机框架模板法制备钴基纳米材料及其光催化性能的研究.pdf

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1、硕士学位论文金属有机框架模板法制备钴基纳米材料及其光催化性能的研究PREPARATIONANDTHEPHOTOCATALYTICPROPERTIESOFCOBALT-BASEDNANOCOMPOSITESWITHMETALORGANICFRAMEWORKTEMPLATE刘楠楠哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O614.81+2学校代码：10213国际图书分类号：546密级：公开工学硕士学位论文金属有机框架模板法制备钴基纳米材料及其光催化性能的研究硕士研究生：刘楠楠导师：李中华教授申请学位：工学硕士学科：化学工程与技术所在单位：化

2、工与化学学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O614.81+2U.D.C:546DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPREPARATIONANDTHEPHOTOCATALYTICPROPERTIESOFCOBALT-BASEDNANOCOMPOSITESWITHMETALORGANICFRAMEWORKTEMPLATECandidate：NannanLiuSupervisor：Prof.ZhonghuaLiAcademicDegreeAp

3、pliedfor：MasterofEngineeringChemicalEngineeringandSpeciality：TechnologySchoolofChemistryandChemicalAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要钴的金属氧化物或硫化物是高效的半导体材料，与TiO2相比较，它的禁带宽度较窄，光生电子空穴对分离所需激发能

4、较小，对太阳光的利用率较高。但是，也同时面临光生载流子重结合率较高的问题，这限制了钴氧化物或硫化物半导体材料在光催化领域的应用。近些年来，以金属有机框架为模板合成多样材料的方法在光催化领域的应用吸引了研究学者的广泛关注。这类材料通常具有可控的形貌尺寸，较高的比表面积和多孔特性，通过对材料进行复合形成异质结或贵金属负载可以提升这种材料的光催化性能。因此本论文以金属有机框架为模板，通过拓扑转相的方式合成钴基复合光催化剂，利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和BET比表面积测试分析材料的微观形貌，并且利用X射线衍射谱图、X射线光电子能谱、热重分析

5、测试研究光催化剂的晶相和组成成分。实验结果表明异质结构保持了金属有机框架前驱体的良好形貌和较高的比表面积。通过对亚甲基蓝这种模型染料在可见光下进行光催化降解实验可以发现光催化剂具有较高的催化活性，其中，ZnO/Co3O4/C的降解效率达到95%，是ZnO/C的8.4倍，ZnS/CoS2/C对亚甲基蓝的降解作用也达到85%，是ZnS/C的3.2倍；采用沉积贵金属的方式得到的Ag50-Co3O4/CNTs的降解效率为90%，是Co3O4/C材料的4.6倍，这得益于较好的微观形貌和异质结构对光生电子空穴对的转移和分离效率的提高。光催化循环测试也

6、证实在几次循环之后，所合成催化剂仍然保持了较高的催化活性和稳定性。另外，荧光光谱测试和自由基捕获实验表明复合材料的协同作用促进了光生电子空穴对的分离，而且也得出了在光催化降解染料的过程中扮演重要角色的活性物质。这一研究成果为设计合成其他具有良好微观形貌的非金属掺杂光催化剂提供了一种有效的方法，为显著地提高催化剂的光催化性能提供了方向。关键词：金属有机框架；异质结；高比表面积；光催化降解-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCo-basedphotocatalystsandphotocatalyticprocesseshave

7、attractedmuchattentionrecently.ComparedwithTiO2investigatedmostly,Co-basedphotocatalystsareanintriguingsemiconductor,thenarrowbandgapofCo-basedoxidesorsulfidescouldreducetheexcitationenergyofelectron-holepairsseparating,whilethehighelectronmobilityisbenefitforphotocatalyt

8、icactivityimprovement.Unfortunately,itisgenerallyacceptedthatthefastrecombinationofphotogenerate