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《中国石油大学(北京)》 2017年
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微米级光子晶体颗粒制备及增强光吸收效率应用研究

张鸿羽  
【摘要】:光子晶体是一种折射率呈现周期性变化的材料,具有光子禁带特性,即频率位于光子禁带的光不能在光子晶体结构中传播,而是被完全反射。Bi_2WO_6是一种新型半导体光催化材料,具有较窄的禁带宽度(约2.7eV),能吸收紫外光和可见光,因而表现出良好的光催化活性。本论文拟将反opal TiO_2(简写为IO-TiO_2)光子晶体颗粒掺入Bi_2WO_6粉体,利用光子晶体对频率位于光子禁带的光有强烈反射的特性来提高Bi_2WO_6粉体光吸收率,进而提高其光催化活性,具体研究内容如下:一、首先,以单分散PS微球为模板颗粒利用室温漂浮自组装法制备PS opal模板,然后,利用液相沉积技术在模板中填充TiO_2,去除模板就得到IO-TiO_2光子晶体膜,IO-TiO_2光子晶体膜再经过超声即得到IO-TiO_2光子晶体颗粒。用SEM对其微观形貌进行了表征,结果表明:IO-TiO_2光子晶体颗粒大小为几到几十微米,具有长程有序的三维大孔结构;用显微光谱表征其光传输特性,结果显示其具有明显的光子带隙,且禁带位置随着PS微球模板颗粒直径增加而向长波方向移动。二、采用水热法制备了Bi_2WO_6粉体,考察水热反应温度、水热反应时间、水热溶剂以及溶剂中乙二醇与水的配比对Bi_2WO_6微观形貌以及可见光催化性能的影响。结果表明:以配比为1:1的乙二醇与水混合溶液为溶剂,在180℃条件下水热反应16小时合成的Bi_2WO_6呈规整的三维花球结构,表现出良好的可见光催化性能。三、将IO-TiO_2光子晶体颗粒掺入Bi_2WO_6粉体中,在可见光下照射降解罗丹明B溶液,研究光子晶体颗粒的带隙位置和浓度对Bi_2WO_6可见光催化性能的影响。结果表明:掺入光子晶体颗粒可以增强Bi_2WO_6可见光催化性能,其原因可能是由于光子晶体对频率位于光子禁带的光有强烈反射,导致光在Bi_2WO_6粉体中多重反射从而提高了Bi_2WO_6粉体对光的吸收率,进而提高其光催化活性。进一步研究发现增强效果与光子晶体颗粒的禁带位置、浓度有关,光子晶体颗粒的带隙位置越接近Bi_2WO_6吸光度大的区域,Bi_2WO_6光催化性能增强越显著。向50mg Bi_2WO_6中加入15mg光子晶体颗粒时,增强效果最佳。
【学位授予单位】:中国石油大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O734

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【参考文献】
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