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锗酸镉微纳米材料的制备及其光催化性能研究

于小源  
【摘要】:近年来,环境污染问题日益严重,成为当今世界亟待解决的问题之一。光催化氧化是以太阳光为光源,以空气中的氧气为氧源,在催化剂作用下降解有机污染物的方法。这种方法以其能耗低和对环境友好等特性,受到人们的极大关注。Ti02材料是目前发展最成熟的光催化剂,以其为基础的深入研究已经开展了数十年。现在,开发新型的光催化剂是光催化氧化领域的又一个研究方向。三元氧化物以其独特的性质和潜在的应用前景受到研究者的广泛关注。一系列研究表明,三元氧化物通常具有较复杂的几何构型和能带结构,因此表现出与常规半导体材料不同的光学、电学和热学等性质。锗酸镉(Cd2Ge2O6)作为一种新型三元氧化物,目前的研究尚少,因此本论文选择Cd2Ge2O6作为研究对象。以水热法制备出具有纺锤体形貌的Cd2Ge2O6微纳米材料,对其进行了一系列表征。选择气相甲苯、气相苯和液相对氯苯酚为底物,评价了所制备Cd2Ge2O6的光催化降解这些环境污染物的性能。围绕以上内容,开展了以下三方面工作: (1)以水热法制备出具有纺锤体形貌的Cd2Ge2O6微纳米材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等表征手段研究了所制备Cd2Ge2O6材料的形貌及组成。利用氮气吸附脱附分析了催化剂的孔结构和比表面积。利用紫外可见漫反射吸收光谱(DRS)研究了其光学性能。 (2)在DRS表征中,发现所制备Cd2Ge2O6材料对紫外光有明显的响应,因此选择紫外灯为模拟光源,研究Cd2Ge2O6材料的光催化活性。以原位红外技术为支撑,分别研究了所制备Cd2Ge2O6材料对典型的挥发性有机污染物甲苯和苯的光催化降解行为。在光催化降解甲苯的过程中,生成了中间产物苯甲醛,反应的最终产物为C02和CO,10h的降解效率达到88.3%。在光催化降解苯的过程中,最终产物为H2O、CO2和CO,10h的降解效率为62.1%。通过比较反应前后红外谱图的变化,评价了催化剂的稳定性。 (3)研究了所制备Cd2Ge2O6材料对典型的水体污染物对氯苯酚的光催化降解性能。结果显示,5h的降解效率达到75%。通过化学荧光法,检测到Cd2Ge2O6材料受光激发产生活性物种·OH自由基的能力较高,这与其高氧化性的光生空穴有关。


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