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《重庆工商大学》 2018年
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SrTiO_3及其复合材料催化净化NO的研究

何飞  
【摘要】:半导体光催化技术具备反应条件温和、高效、低成本、节能等优势,为去除室内低浓度NO提供了一种可持续发展的途径。钛酸锶是一种宽带隙半导体材料,Fermi能级相对较高,光电势比TiO_2更高,其化学性质稳定,抗光腐蚀性强,造价低,然而其禁带宽度3.2 eV,仅在紫外光范围有响应,被用作光催化剂使用时对光的利用率较低,传统方法制备SrTiO_3半导体光催化材料存在合成过程能耗高、产品比表面积小、活性位点少等缺点,使得光催化活性降低,增加了应用成本。本文从合成和复合两个方面入手,在较低的温度下合成具有较大比表面积的SrTiO_3,并通过与g-C_3N_4和Bi_2O_3进行复合改性,拓宽材料的光响应范围。通过XRD、SEM、氮气吸附-脱附测试仪、XPS、UV-vis DRS、PL等手段对这些材料进行结构、形貌及光学特性表征和光催化性能评价,主要开展了以下工作:(1)以钛酸丁酯及硝酸锶为原料,NaOH为矿化剂,利用溶胶水热法合成SrTiO_3。纯相SrTiO_3材料具有孔结构和较大的比表面积,水热合成温度从200℃降低到80℃,样品的颗粒尺寸由200 nm变化到10 nm左右,比表面积由67.25 m~2/g上升到326.74 m~2/g,XRD结果显示水热温度越高,样品的结晶性越好,200℃条件下合成的SrTiO_3(200STO)显示出了最好的光催化活性,在12 W的LED灯光照下30 min内对NO的去除率达38%,这是因为样品的结晶性越好,引入电子缺陷能级越少,对电子空穴对的分离有利。(2)以溶胶水热法制备的SrTiO_3为基体,与三聚氰胺制备的g-C_3N_4通过混合煅烧的方式制备得到具有良好的光响应的SrTiO_3/g-C_3N_4复合材料。SEM图显示复合材料中SrTiO_3颗粒分散附着在片状g-C_3N_4表面,二者接触较为均匀和紧密,形成了SrTiO_3/g-C_3N_4异质结结构。SrTiO_3/g-C_3N_4复合材料的比表面积较大,从53.4m~2/g到171.8 m~2/g不等,对目标污染物的吸附能力较强,可提供的活性位点数量较多。其中120STOCN具有最好的光催化活性,在LED灯光下对NO的去除率高达63.2%,循环5次后能保持较好的光催化活性。(3)以80℃合成温度下结晶度较好的SrTiO_3、三聚氰胺和硝酸铋为原料,调整硝酸铋的加入量,通过混合煅烧制备了具有异质结结构的SrTiO_3/g-C_3N_4/Bi_2O_3三元复合物。复合材料的光响应范围随着Bi_2O_3的增加而被拓宽,光生电子-空穴分离效率进一步提高。当SrTiO_3、g-C_3N_4与Bi(NO_3)_3·5H_2O质量比为4:6:1时,制备的复合物在可见光照射30 min内对NO的去除率达到53.2%,是未复合样品的2.6倍。
【学位授予单位】:重庆工商大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:X51

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【参考文献】
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