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《上海应用技术大学》 2016年
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氧族半导体纳米材料的制备及其光催化性能

郝艳杰  
【摘要】:氧族半导体纳米材料主要包括氧化物纳米材料和硫化物纳米材料两大类。它们具有优异的光电特性,一直是当前物理、化学、生物等多领域科研人员争相研究的热点材料之一。特别是近年来氧化物、硫化物纳米材料在光催化领域的应用引起了人们极大的研究兴趣。经过系统的研究,人们在此已取得了较为丰硕的成果。然而,从实际应用角度看,已报道氧族半导体纳米材料的性质还不能令人十分满意,需要进一步提高。为此,本文对TiO_2、SIn_3O_4和Cd_xZn_(1-x)S纳米材料的制备及其光催化性能进行了系统的研究。主要研究内容如下:通过一步溶剂热技术制备了“水溶性”TiO_2纳米粒子,并使用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜和紫外可见漫反射光谱对其组成、形貌及光学特性进行了详细的表征。进而,以Cr(Ⅵ)为模型无机污染物,对“水溶性”TiO_2纳米粒子的光催化行为进行了考察。特别是详细研究了制备条件对“水溶性”TiO_2纳米粒子光催化活性的影响规律。结果表明:乳酸的用量、钛源种类以及Cr(Ⅵ)溶液中的无机盐离子都对TiO_2纳米粒子的光催化活性有较大的影响。其中,乳酸的用量是通过影响TiO_2纳米粒子在水中的分散性来对样品光催化活性进行作用的。同样地,钛前驱体种类也是通过影响产物的分散性和成分来影响产物的光催化活性的。实验结果显示,当硫酸钛和硫酸氧钛被用作钛源时,所制得的产物在水中的分散性很差。与此相对应,这些产物的光催化活性也很低。对于溶液中的无机盐离子来说,它们对样品催化活性的影响是通过改变催化剂表面电荷以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附来实现的。通过一步水热技术制备了由Sn_3O_4纳米片组成的花状纳米多级结构,并使用粉末X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜对所制得的Sn304花状纳米多级结构的组成、结构及形貌进行了详细的表征。在此基础上,考察了形貌调控剂,氢氟酸和乙二胺,对所得产品的结晶性和光催化制氢活性的影响以及溶剂种类对样品组成的影响。通过研究发现,加入乙二胺有利于Srn304花状纳米多级结构的形成,且所得到产品具有较高的光催化制氢活性。通过一步水热技术合成了 Cu、Ni共掺杂的Cd_xZn_(1-x)S纳米粒子。在此基础上,我们还详细考察了所得到的纳米材料的光催化制氢活性及其影响因素,如Zn、Cd的比例、Cu、Ni的比例、Cu/Ni负载量、催化剂用量、牺牲剂Na2S、Na2S03的浓度等。首先,我们通过研究发现,所得到的Cu、Ni共掺杂的Cd_xZn_(1-x)S纳米粒子是一个高效的可见光催化制氢材料。在可见光的照射下,光催化制氢速率最大可达46.41 mmolh-1 g-1。其次,我们还发现Cu、Ni掺杂物间存在着非常强的协同作用。通过这个协同作用,Cu、Ni的引入为主催化剂提供了较单一掺杂更多的催化活性位点和电子-空穴分离中心。最后,我们观察到所得纳米材料具有令人满意的稳定性。这预示着该纳米材料今后有可能在光催化制氢领域得到广泛的应用。
【学位授予单位】:上海应用技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:O643.36;TB383.1

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