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《大连理工大学》 2009年
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功能性纳米异质结的制备、光电转换能力及其降解水中有机污染物和灭菌的性能

于洪涛  
【摘要】: 光催化是一种有效的环境污染控制技术,近年来受到广泛关注。但常用的TiO_2粉末存在量子效率低、不能有效利用可见光、需要附加分离回收工艺等缺点,这些因素限制了光催化技术的发展。人们通过把TiO_2负载在载体上解决了催化剂分离回收的问题;通过电场辅助等手段提高了量子效率;通过染料敏化、离子掺杂改善了TiO_2的可见光响应。但是这些方法仍然存在很多不足之处。异质结是半导体领域的一个重要概念,其内建电场能够为光致电荷分离提供驱动力,宽带半导体包覆窄带半导体构成的异质结还能叠加两者的光响应能力,在光催化污染控制中引入异质结概念有望解决TiO_2光催化剂面临的问题。本文结合异质结与光催化的基本原理,开展了以下几个方面的工作: 为了提高TiO_2的量子效率,用化学气相沉积法在Ti片上制备了有序的TiO_2包覆碳纳米管(CNT)异质结阵列。TiO_2层的厚度对CNT/TiO_2异质结阵列的电荷分离和传递有显著影响,100 nm左右的TiO_2层最有利于电荷分离和传递。这样制备的CNT/TiO_2异质结阵列具有明显的整流性,说明CNT与TiO_2形成了异质结。CNT/TiO_2异质结电极的光电流在零偏压附近最高,是TiO_2纳米管阵列的6倍。以苯酚为目标物,采用短路光催化的方式(用一根导线连接CNT/TiO_2异质结电极和铂电极)进行光催化实验,结果表明,使用异质结时的苯酚降解动力学常数和总有机碳(TOC)去除率分别是TiO_2纳米管的1.92倍和3.4倍,这些结果说明异质结阵列的光催化能力高于单纯的半导体材料。 为了利用太阳光的可见部分,用电沉积法制备了ZnIn_2S_4纳米膜。煅烧温度显著影响ZnIn_2S_4纳米膜的光响应能力,光电化学测量证明煅烧温度为500℃时样品的可见光响应能力最强。这样制备的膜放入初始浓度约为3×10~8 cfu mL~(-1)的大肠杆菌溶液中,在0.6 V偏压及可见光照射下,60 min内所有的大肠杆菌都被灭活,显示了ZnIn_2S_4强大的可见光杀菌能力。把ZnIn_2S_4纳米膜包覆在硅纳米线(SiNW)上,制成SiNW/ZnIn_2S_4异质结。由于ZnIn_2S_4能够利用可见光,异质结能够提高量子效率,这种异质结有望提高可见光催化的效率。 为了进一步拓展光催化剂的利用光谱范围(包括λ>600 nm的部分),结合化学刻蚀法和化学气相沉积法,在Si片上制备了SiNW/TiO_2异质结阵列。SiNW/TiO_2异质结的类型可以通过改变SiNW的导电类型调控。SiNW/TiO_2n-n结能够叠加TiO_2的紫外光响应和SiNW的可见光响应,在0.01 M Na_2SO_4溶液中以氙灯为光源的开路光电压高达-0.9 V,光催化降解苯酚的TOC去除率是n型Si片上沉积的TiO_2的2.0倍。SiNW/TiO_2肖特基结的紫外光响应增加最显著,光电流(偏压为1.0 V时)是硅片上沉积的TiO_2的2.4倍。p-n结做阴极使用能够高效利用可见光,其空间电荷层厚度可以通过改变SiNW的载流子浓度调控,SiNW载流子浓度约为10~(15) cm~(-3)时,异质结的光电流密度最大。在偏压-2.0V、波长大于420 nm的光照条件下光电催化降解苯酚,p-SiNW/TiO_2阴极的动力学常数为0.983 h~(-1),是p-Si/TiO_2阴极(0.0523 h~(-1))的18.7倍。 为了研究p型半导体与金属构成的肖特基结的光电转换能力,制备了graphene/多孔Si异质结电极。沉积graphene 10 s的异质结表面光电压和光电流最大,其在-2.0 V偏压时的光电流为2.21 mA cm~(-2),是多孔Si的1.83倍。这说明借住异质结的电荷分离能力,graphene/多孔Si异质结能够显著提高光响应能力。 以上结果证明异质结不但能够提高光催化剂的量子效率,还能大幅拓宽可利用波长范围,从而提高光催化能力。同时,本文研究异质结的类型、半导体厚度和载流子浓度等因素对异质结材料光催化能力的影响,为优化异质结光催化剂提供了可行的手段,有助于促进异质结理论在光催化污染控制领域的应用与发展。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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【引证文献】
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1 王韵芳;钛硅复合氧化物的制备及在微污染水处理中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
【参考文献】
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1 崔玉民;;负载贵金属的TiO_2光催化剂的研究进展[J];贵金属;2007年03期
2 吴欢文;张宁;钟金莲;洪三国;;p-n复合半导体光催化剂研究进展[J];化工进展;2007年12期
3 ;Photocatalytic degradation of Acid Blue 62 over CuO-SnO_2 nanocomposite photocatalyst under simulated sunlight[J];Journal of Environmental Sciences;2007年09期
4 尚静,谢绍东,刘建国;SnO_2TiO_2复合半导体纳米薄膜的研究进展[J];化学进展;2005年06期
5 ;Degradation of BPB in photocatalysis enhanced by photosensitizer[J];Rare Metals;2006年02期
【共引文献】
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1 田维;张洪林;蒋林时;;纳米TiO_2光催化材料的制备及研究进展[J];四川有色金属;2006年04期
2 徐玲;刘昌龄;徐海燕;吴世彪;王峰;李春艳;;CuO薄膜与过氧化氢协同光催化降解甲基橙[J];合肥师范学院学报;2012年03期
3 宋继梅;张小霞;焦剑;汪鑫;;三氧化钨纳米片的制备及其光催化性质研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2009年03期
4 韩名君;赵阳;柯导明;;部分重叠双栅MOSFET特性的研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2012年02期
5 刘长春;;光催化氧化技术在造纸废水处理中的应用[J];安徽化工;2010年02期
6 陈欢欢;柏连阳;;TiO_2光催化降解农药研究进展[J];安徽农业科学;2010年12期
7 吴德勇;;TiO_2光催化剂可见光改性研究进展[J];安徽农业科学;2012年12期
8 陆科呈;王亚军;冯长根;;光催化降解炸药废水研究进展[J];安全与环境学报;2010年06期
9 王骞;;TiO_2光催化纳米材料在环境保护中的应用[J];鞍山师范学院学报;2011年06期
10 易萍;CCD输出二极管反向漏电机理的研究[J];半导体光电;2001年06期
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1 杨哲;郑经堂;周磊;隋吴彬;吴明铂;;分段煅烧法制备纳米TiO_2[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第四卷)[C];2011年
2 滕伟;李新勇;肇启东;熊巍;陈国华;;光催化剂Ag_3PO_4/Ag的合成及其在染料废水处理中的应用[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年
3 黄悦;周忠华;吴玉萍;孟彦超;;深度净化水处理应用领域的TiO_2光催化材料的现状和问题[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
4 吴玉程;;纳米TiO_2在水污染检测与治理中应用的研究进展[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第6分册)[C];2010年
5 秦祖赠;刘自力;杨克迪;文衍宣;;含铟、铋可见光催化剂的研究进展[A];第七届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2010年
6 董志芳;;功率MOSFET低温工作特性分析[A];第二届全国信息与电子工程学术交流会暨第十三届四川省电子学会曙光分会学术年会论文集[C];2006年
7 王云;李宝河;李长江;;基于虚拟仪器技术的真实传感器实验[A];2005年全国高校非物理类专业物理教育学术研讨会论文集[C];2005年
8 涂才根;刘诺;张曦;;Nb掺杂BaTiO3的电子结构研究[A];2009年中国高校通信类院系学术研讨会论文集[C];2009年
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1 侯立峰;高功率垂直腔面发射半导体激光器热理论与制备工艺研究[D];长春理工大学;2010年
2 刘斌;二氧化钛光催化材料的掺杂改性及其对气体污染物净化性能的研究[D];兰州大学;2010年
3 夏明霞;高结晶度一维纳米二氧化钛的制备和修饰及光电性质研究[D];湖南大学;2010年
4 程乘;SOA非线性应用关键参数的测量[D];华中科技大学;2010年
5 孙松;TiO_2基光催化剂的制备、结构及光催化降解VOCs性能与机理研究[D];中国科学技术大学;2010年
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7 赵斌;特殊形貌TiO_2/钛酸盐纳米材料的合成与生成机理[D];华东理工大学;2011年
8 邵玮;纳米二氧化钛光阳极材料控制合成及光电化学性能[D];华东理工大学;2011年
9 杨洪东;硅基应变引入方法与MOS器件相关基础研究[D];电子科技大学;2010年
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4 智钢;Zn_xCd_(1-x)S纳米粉体及薄膜的制备和光致发光研究[D];郑州大学;2010年
5 栗栋;二元染料的纳米TiO_2可见光催化降解研究[D];郑州大学;2010年
6 崔震宇;电子证据可靠性问题分析[D];华东政法大学;2010年
7 邹斐飞;磁性印迹吸附材料选择性去除水中氯酚污染物[D];大连理工大学;2010年
8 刘伟娜;自制改性TiO_2可见光降解亚甲基蓝的研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 钟炳伟;Cd(ll)、Zn(ll)离子以及PFOS、PFOA在金红石(110)面上化学吸附的密度泛函研究[D];中国海洋大学;2010年
10 樊丽霞;卤族元素掺杂纳米TiO_2的光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
【同被引文献】
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1 曲绪平,王兆伦,陈娅如,刚洪泽,杨宇翔,陈荣三;正硅酸乙酯水解-聚合的工艺参数研究及纳米SiO_2的合成[J];玻璃与搪瓷;2005年03期
2 陈敬艳;于立军;齐海燕;李春杰;;正硅酸乙酯成胶机理及铁氧体纳米复合材料合成机理[J];长春师范学院学报(人文社会科学版);2008年10期
3 张靖峰;杜志平;赵永红;台秀梅;;Fe~(3+)改性纳米ZnO光催化降解壬基酚聚氧乙烯醚[J];催化学报;2007年06期
4 陈垚翰;沈俊;张昭;;Si掺杂介孔SO_4~(2-)/TiO_2的非模板剂法合成及表征[J];催化学报;2008年04期
5 安永会;李旭峰;何锦;贾小丰;李亮;;若尔盖县大骨节病分布特征及其与地质环境的关系[J];中国地质;2010年03期
6 李胜伟;赵松江;曹楠;唐声海;;壤塘县大骨节病饮水性致病因素分析及改水模式探索[J];中国地质;2010年03期
7 周锋;傅迎庆;梁开明;;工艺参数对TiO_2溶胶黏度及胶凝时间的影响[J];大连海事大学学报;2008年04期
8 刘羽;张建民;牛志睿;;Sol-Gel法二氧化硅溶胶的制备及性能影响研究[J];过滤与分离;2008年03期
9 彭绍琴;李凤丽;李越湘;吕功煊;李树本;;Gd~(3+)掺杂纳米TiO_2的制备及光解水制氢性能研究[J];功能材料;2006年10期
10 孟前进;李巧玲;;TiO_2粉体的溶胶-凝胶法制备及表征[J];化工技术与开发;2009年12期
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1 陈俊水;纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究[D];华东师范大学;2004年
2 徐建华;新型纳米二氧化钛光催化材料的合成及反应研究[D];复旦大学;2007年
3 申乾宏;常温液相合成TiO_2纳米晶溶胶及其光催化薄膜制备研究[D];浙江大学;2008年
4 石金娥;具有光催化性能的几种半导体材料的制备、表征与应用[D];东北师范大学;2008年
5 黄加乐;银纳米材料和金纳米材料的植物生物质还原制备及应用初探[D];厦门大学;2009年
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1 温敏;溶胶-凝胶法在45#钢表面制备TiO_2晶膜及其性能研究[D];华中科技大学;2004年
2 徐洁;二氧化钛光催化氧化腐殖酸的实验研究[D];西安建筑科技大学;2005年
3 陶然;光催化/微滤膜方法在腐殖酸降解中的应用[D];苏州大学;2004年
4 侯春燕;ZnO纳米材料的制备及其光催化降解有机废水的研究[D];大连海事大学;2006年
5 梁艳;高效复合型稀土掺杂光催化抗菌材料的研究[D];东北大学;2006年
6 张金仲;SG法制备非晶态SiO_2光纤预制棒干胶工艺研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
7 王盛;新型半导体光催化剂的制备及光催化性能研究[D];武汉理工大学;2008年
8 刘智勇;水热法制备负载型TiO_2薄膜及其去除给水中腐殖酸的研究[D];青岛科技大学;2009年
9 曹贤文;三种不同消毒水中非挥发性有机提取物对人肝癌细胞(HepG2)的毒性作用及其机理研究[D];华中科技大学;2008年
10 凌基薇;负载型TiO_2光催化剂的制备及其降解有害挥发物性能的研究[D];上海交通大学;2009年
【二级参考文献】
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1 陈崧哲,钟顺和,肖秀芬;Cu/WO_3-NiO上光促表面催化二氧化碳与水合成甲醇反应的规律[J];催化学报;2003年01期
2 刘守新,曲振平,韩秀文,孙承林,包信和;Ag担载对TiO_2光催化活性的影响[J];催化学报;2004年02期
3 靳治良,吕功煊;光催化分解水制氢研究进展[J];分子催化;2004年04期
4 陈崧哲,钟顺和;Cu/ZnO-NiO上光促表面催化二氧化碳和水反应规律的研究[J];高等学校化学学报;2003年01期
5 张金龙,安保正一;贵金属负载光催化剂在丙炔光催化水解反应中的研究(Ⅲ)[J];高等学校化学学报;2004年04期
6 汤斌,张庆庆;光析出二氧化钛负载银膜的制备及其光催化特性[J];感光科学与光化学;2003年05期
7 崔玉民;光催化技术在降解有机染料污染物方面的应用[J];感光科学与光化学;2004年06期
8 尚静,杜尧国,徐自力;TiO_2纳米粒子气-固复相光催化氧化VOC_S作用的研究进展[J];环境污染治理技术与设备;2000年03期
9 ;Visible light induced photodegradation of organic pollutants on nitrogen and fluorine co-doped TiO_2 photocatalyst[J];Journal of Environmental Sciences;2005年01期
10 唐玉朝,钱振型,钱中良,胡春,王怡中;TiO_2薄膜光催化剂的制备及其活性[J];环境科学学报;2002年03期
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1 王充;彭同江;段涛;;异质结构光子晶体的制备与带隙特性研究[J];人工晶体学报;2010年02期
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5 荣垂才;闫珂柱;石宗华;宁学峰;;二维光子晶体异质结构的带隙分析[J];光谱实验室;2006年03期
6 赵玉辉;张会云;郑义;;异质结构光子晶体的能带特性研究[J];量子光学学报;2006年03期
7 王志;巴德纯;于春宏;梁吉;;碳纳米管异质结构的ECR-CVD法制备[J];无机材料学报;2006年05期
8 甘自保;胡其图;郑秀文;赵爱华;张旭;;单步微波多元醇法合成Pt/DCNT异质结构(英文)[J];临沂师范学院学报;2009年06期
9 王井伟;韩培德;夏伶勤;张瑞珍;;Ta_2O_5/MgF_2异质结构三维光子晶体的偏振性[J];光子学报;2010年05期
10 余长林;杨凯;;异质结构的复合光催化材料的研究新进展[J];有色金属科学与工程;2010年06期
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1 胡志华;廖显伯;刁宏伟;曾湘波;徐艳月;孔光临;;能带不连续性对a-Si/c-Si(HIT)异质结构光伏特性的影响[A];21世纪太阳能新技术——2003年中国太阳能学会学术年会论文集[C];2003年
2 施毅;杨红官;吴军;袁晓利;顾书林;张荣;沈波;韩平;郑有炓;;Ge/Si异质结构纳米晶粒及电荷存储特性研究[A];2001年纳米和表面科学与技术全国会议论文摘要集[C];2001年
3 孙振华;包志红;王海花;陈雪松;苏党生;王建方;;新方法制备金-金属硫化物杂化纳米晶[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
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5 王海波;闫东航;;结晶性有机异质结器件[A];2009年全国高分子学术论文报告会论文摘要集(下册)[C];2009年
6 沈波;许福军;;GaN基异质结构的MOCVD生长和物性研究[A];第十一届全国MOCVD学术会议论文集[C];2010年
7 张闯;闫永丽;赵永生;姚建年;;一维有机异质结构的制备和发光性质调控[A];中国化学会第28届学术年会第4分会场摘要集[C];2012年
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1 李禾;吕惠宾:让分子无处遁形[N];科技日报;2004年
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3 海波;三频功率放大器问世[N];通信产业报;2000年
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5 ;硅材料国家重点实验室[N];中国化工报;2002年
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3 康大为;氧化锌基和硅基异质结构的制备及其表面光伏特性研究[D];大连理工大学;2013年
4 杨福军;声子散射下纤锌矿AlGaN多层异质结构中电子的迁移率[D];内蒙古大学;2013年
5 谢修华;MgZnO异质结紫外光电探测器件的制备与内增益特性研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2014年
6 熊超;ZnO/Si异质结的制备与特性研究[D];华南理工大学;2011年
7 刘秉策;ZnO/Si异质结构晶界行为及其载流子输运机制研究[D];中国科学技术大学;2011年
8 王彦敏;氧化钛基纳米带的改性及应用研究[D];山东大学;2009年
9 刘勇平;磷酸银及其异质结高效可见光催化剂的制备及性能研究[D];广西大学;2012年
10 刘冰;氮化镓异质结电子输运特性的研究[D];北京交通大学;2013年
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1 陈天鸥;BaTiO_3-SiC异质结构的第一性原理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 魏彦平;分子束外延Fe/Si异质结构的热稳定性[D];兰州大学;2014年
3 陈润乾;基于密度泛函的SiC异质结研究[D];西安电子科技大学;2011年
4 林章清;高温合成异质结构复合材料及其应用研究[D];苏州大学;2014年
5 臧源;p-Si/n-SiC异质结及其光电特性[D];西安理工大学;2010年
6 王美晓;钛酸锶异质结界面电子结构的理论研究[D];山东大学;2010年
7 马明;钯掺杂非晶碳膜/二氧化硅/硅异质结的制备及其光电特性的研究[D];中国石油大学;2011年
8 段秀全;氮掺杂TiO_2异质结构的制备及其光催化性能研究[D];山东轻工业学院;2011年
9 张丛;新型多孔magadiite基异质结构的合成、表征及应用研究[D];北京化工大学;2012年
10 周茂清;基于并五苯/酞菁铅异质结的近红外光敏有机场效应晶体管[D];兰州大学;2014年
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