ZnO/SrTiO3复合材料的制备及光催化性能研究

来源 :河北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shimin_job
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
工业技术的飞速发展使得水体污染和能源短缺成为当今社会面临的重要问题。光催化技术因其高效、绿色环保、操作简单的独特优势广泛应用于废水处理和清洁能源的制备。氧化锌(ZnO)纳米材料价格低廉、制备简单且使用过程中不会造成二次污染,成为颇受欢迎的光催化剂。然而,ZnO自身较高的载流子复合率、致命的光腐蚀以及对太阳光的有限吸收等缺陷限制了其光催化效率。因此,找到一种有效克服材料自身缺点的方法,对其进行改性研究尤为重要。本论文采用简单的一步水热法制备了ZnO/SrTiO3(ZSTn)异质结材料,有效抑制了光生载流子的快速重组,提高了材料对废水中有机污染物的光催化降解能力。采用染料敏化法构建了曙红Y(EY)敏化ZnO/SrTiO3光催化体系,拓宽了材料的光响应范围,大大提高了其对光解水产氢的催化效率。本论文的主要研究内容如下:(1)以Zn(NO3)2·6H2O、Ti(C4H9O)4、SrCl2·2H2O和Na OH为原料,采用一步水热法制备出不同组成的ZSTn复合物,利用XRD、FESEM、TEM、HRTEM、EDS、XPS和BET技术对样品的结构和形貌等进行了表征。结果表明,所制备的材料为棒状和球状相接的ZnO/SrTiO3异质结结构,ZnO的含量占主体地位。Zn、Ti和Sr三种元素分别以+2价、+4价和+2价氧化态存在,且在样品中均匀分布。(2)以实验制备的ZSTn复合物为光催化剂,对印染行业的亚甲基蓝(MB)、石油化工行业的苯酚及制药行业的盐酸四环素(TC)等三种不同模拟污染物进行光催化降解研究。结果表明,复合物ZSTn对三种污染物的光催化降解效率均高于纯ZnO,其中样品ZST0.6显示出最优异的光催化降解性能,且该催化剂经三次循环使用后仍能保持较高活性。(3)以实验制备的ZSTn复合物为光催化剂,研究了牺牲剂种类和用量、催化剂组成和用量、溶液pH值等条件对材料光解水产氢催化性能的影响。在最佳条件下ZST0.4的产氢效率达到545.61μmol·g-1·h-1。为进一步提高产氢效率,构建了EY敏化ZnO/SrTiO3体系。通过正交实验优化反应条件,在最优条件下光解水产氢速率达到16006.12μmol·g-1·h-1,是纯ZnO的31.89倍。(4)利用UV-vis光谱和Mott-Schottky曲线确定了ZSTn复合材料的能带结构。基于ESR实验给出了光生载流子在异质结界面上的转移路径,证实了ZSTn的光催化过程符合S-scheme机制,既有效抑制了光生电子与空穴的快速重组,又提高了材料的氧化还原能力。
其他文献
苯系污染物对人类的生产生活都造成很大的危害,处理苯系污染物迫在眉睫。催化燃烧是最有效的处理苯系污染物的方法,能够使有机物完全催化氧化为CO_2和H_2O。本文在OMS-2(隐钾锰矿型八面体分子筛)催化剂的基础上掺入钴氧化物和银氧化物进行优化,得到Ag/Co-OMS-2(掺杂Ag物种和Co物种的OMS-2)催化剂,用于邻二甲苯的催化燃烧。研究内容如下:(1)以高锰酸钾、硫酸锰、硝酸钴和硫酸为反应物,
基于SO_4·-的高级氧化工艺(AOPs)由于其对有机污染物降解的高效性和适应性而受到越来越多的关注。由于过渡金属氧化物具有高活性和稳定性并且易于活化再生和回收,因此常被用作异相催化剂活化过硫酸盐(Persulfate,PS)降解有机污染物。近年来,由于CuO及其复合氧化物具有能耗少、pH调节成本低以及在中性条件下的高处理效率等优点,使其成为一种热门的用于活化PS的异相催化剂。本论文利用不同方法合
近年来,基于过硫酸盐(PS)的高级氧化技术被应用于处理水中难降解的有机污染物。因其p H应用范围广泛、氧化能力强以及对药物的高选择性,使得其在污水处理方面应用前景广阔。如何能够快速、高效地活化PS是该技术的关键所在。活化PS的方法有很多,如光活化、热活化、碱活化、过渡金属活化等。其中光活化由于其绿色环保、成本低廉而被广泛研究。本论文首先研究了太阳光-PS体系降解氧氟沙星(OFX)的性能,然后利用共
近年来,环境污染问题已经成为世界性难题,引起了人们的广泛关注。光催化技术被认为是解决这类问题的有效方法之一。为了提高对污染物的降解效果,常采用半导体复合、离子掺杂、贵金属掺杂、非金属碳材料复合等方法,通过提高光生电子空穴对的分离率、太阳光的利用率及吸附污染物性能来改善光催化活性。其中与生物炭复合近年来也受到了人们的关注。本论文以ZnO为光催化剂的主要成分,通过原位水热法与Zn_2SiO_4、生物炭
随着城镇化进程的推进,城市热岛问题日益凸显,城市热岛效应是城市化过程中人类生产生活所产生城市温度变化的结果,是“城市病”显著的特征。城市热岛效应问题已经成为当今学者所讨论的核心问题之一。石家庄作为新兴城市,也作为河北省的省会城市,近年来城市化进程加快,城市下垫面结构发生了重大改变,加之人为热排放量的增加,其城市化问题具有典型性,城市热岛效应日益显著。因此,本文选取石家庄市作为研究区进行城市热岛效应
理想的大气环境是维持生命生存、人类社会发展不可或缺的因素之一。随着全球经济的迅速发展和社会生产力的提高,大气污染也日益严重,对生命健康和环境造成严重威胁,寻找经济高效、环境友好型的技术和材料成为现阶段的热点。吸附技术具有高效率、低成本、绿色无污染等优点,是处理VOCs最具潜力的方法之一,而且吸附材料的丰富多样性和吸附产物的稳定性使得该技术具有实际应用性和可操作性。目前,广泛使用的活性炭、硅胶等固体
近年来,沧州市经济发展较快,工业生产过程中环境污染问题频发,空气质量受到一定的影响。沧州市是京津冀及周边地区大气污染传输通道“2+26”城市之一,探究沧州市空气质量特征与污染物潜在源区,有助于沧州市做出科学的大气污染治理措施,对改善京津冀及周边地区的大气环境具有重要意义。本文研究区域为沧州市各县(市、区),研究时间段为2016—2019年,分析了沧州市空气质量指数(AQI)、6项常规大气污染物(P
铁磁性金属纳米线具有较高的饱和磁化强度和明显的各向异性,一直被认为是具有潜在价值的磁存储优质材料。对铁磁性金属纳米线阵列的磁化强度及矫顽力的测量均受到来自每一根纳米线内部磁行为的影响,而针对单根纳米线内部的磁矩翻转及微观动力学研究对其磁存储发展应用和磁化机理的建立都具有重要意义。近年来,利用电子全息技术研究低维纳米磁性样品内部磁化矢量分布、磁畴结构及其磁化翻转机制的方法开始步入人们的视野。本文以此
双金属配合物因其特殊的电子结构和物理化学性质而备受关注,在配位化学和材料化学中发挥着重要的作用。其中,由四个桥连配体双配位的具有直接金属-金属键的双金属配合物称为双金属桨轮配合物。这些双金属配合物由于其特殊的金属-金属键和桨轮状构型,显示出独特的氧化还原、电子迁移、催化、光电和磁学性能,在有机合成化学和催化领域占有非常重要的地位。因此,研究含有金属-金属键的桨轮状配合物的化学键性质及其催化性能,可
1,5-苯并氮杂?(二氮、硫氮)化合物是一种重要的中枢神经系统活性药物,大量以1,5-苯并氮杂?(二氮、硫氮)化合物为基础的药物用于治疗不同的精神疾病,是现代药物化学中的一类重要的药物分子骨架,具有抗癌、抗菌、抗抑郁、抗心血管病等多种生理活性,近期研究表明,多环稠合的1,5-苯并氮杂?化合物具有抗艾滋、抗丙肝等作用。因此,1,5-苯并氮杂?(二氮、硫氮)化合物的设计与绿色合成受到药物化学与有机合成