【摘 要】
：
随着人口的快速增长以及工业化的不断推进,能源危机和环境污染已成为全世界关注的焦点。半导体光催化作为一种高级氧化技术,在解决能源危机和环境污染问题方面有着广阔的应用前景。设计并开发廉价易得、绿色环保、稳定高效的光催化剂是当前光催化领域研究的重点。近年来,富铋溴氧铋（BixOyBrz）材料因其具有适宜的能带结构、良好的光催化活性等优势而受到关注。为进一步满足实际应用的需要,仍需对BixOyBrz材料的
论文部分内容阅读
随着人口的快速增长以及工业化的不断推进,能源危机和环境污染已成为全世界关注的焦点。半导体光催化作为一种高级氧化技术,在解决能源危机和环境污染问题方面有着广阔的应用前景。设计并开发廉价易得、绿色环保、稳定高效的光催化剂是当前光催化领域研究的重点。近年来,富铋溴氧铋（BixOyBrz）材料因其具有适宜的能带结构、良好的光催化活性等优势而受到关注。为进一步满足实际应用的需要,仍需对BixOyBrz材料的光催化性能进行优化。为此本文选取富铋溴氧铋Bi12O17Br2材料作为研究对象,通过非金属离子掺杂、过渡金属离子掺杂以及贵金属修饰来提高Bi12O17Br2材料的光吸收能力和光生载流子分离效率,从而提升材料的光催化性能。此外,对所制备材料的组成结构、形貌、光电化学性质和可能的光催化降解机理进行探究。本论文具体研究内容如下:（1）通过PVP辅助溶剂热法制备了Bi12O17Br2超薄纳米管材料。再辅以机械混合方法构筑了非金属离子I-掺杂的Bi12O17Br2(I-Bi12O17Br2)系列材料。选取罗丹明B和环丙沙星作为目标污染物,对Bi12O17Br2和I-Bi12O17Br2材料进行光催化活性探究。实验结果表明,I-离子掺杂后的Bi12O17Br2材料具有比Bi12O17Br2超薄纳米管更加优异的光催化降解罗丹明B和环丙沙星性能。其中I-Bi12O17Br2-3降解活性最佳,对罗丹明B和环丙沙星的降解率分别为94.64%（120分钟）和30.75%（180分钟）,其降解速率分别是Bi12O17Br2超薄纳米管的4.84和3.81倍。表征结果显示,I-离子掺杂后,可以优化Bi12O17Br2超薄纳米管的能带结构,加快光生电荷的传输,从而提升光催化降解活性。电子自旋共振和自由基捕获实验结果证实,超氧自由基和空穴是I-Bi12O17Br2材料光催化降解过程中的主要活性物种。最后结合I-Bi12O17Br2材料的能带结构分析了可能的光催化降解机制。（2）为进一步提高Bi12O17Br2超薄纳米管表面电荷分离效率,采用机械混合方法成功构筑了过渡金属Fe3+离子掺杂的Bi12O17Br2(Fe-Bi12O17Br2)系列材料。Fe3+离子的掺杂不仅可以优化Bi12O17Br2超薄纳米管的能带结构,拓宽材料的光吸收范围,还可作为电子陷阱捕获更多的电子,抑制光生电子-空穴对发生复合。在可见光照射下,Fe3+离子掺杂后的Bi12O17Br2材料具有比Bi12O17Br2超薄纳米管更加优异的光催化降解罗丹明B和环丙沙星性能。其中Fe-Bi12O17Br2-7材料降解效果最佳,对罗丹明B和环丙沙星降解率分别为84.67%（120分钟）和39.78%（180分钟）,其降解速率是Bi12O17Br2超薄纳米管的4.98和4.64倍。电子自旋共振测试和自由基捕获实验结果表明,超氧自由基和空穴为Fe-Bi12O17Br2材料光催化降解过程中的主要活性物种,进一步结合材料的能带结构分析了其光催化降解机理。（3）为促进光生载流子高效分离的同时显著拓宽Bi12O17Br2超薄纳米管的光响应范围,通过光沉积法在Bi12O17Br2超薄纳米管材料表面沉积Au纳米颗粒成功制备了Au/Bi12O17Br2系列材料。在可见光照射下,制备的Au/Bi12O17Br2材料具有比Bi12O17Br2超薄纳米管更加优异的光催化降解罗丹明B和环丙沙星性能。Au/Bi12O17Br2-300材料对罗丹明B和环丙沙星降解率分别为92.54%（120分钟）和37.70%（180分钟）,其降解速率分别是Bi12O17Br2超薄纳米管的4.14和4.24倍。贵金属Au纳米颗粒的修饰可以进一步拓宽Bi12O17Br2超薄纳米管的光吸收范围,增强可见光吸收能力。同时,贵金属Au纳米颗粒可以捕获更多的电子,促进光生载流子的有效分离,进而提升Bi12O17Br2超薄纳米管的光催化活性和循环稳定性。电子自旋共振测试和自由基捕获实验结果证实,超氧自由基和空穴为Au/Bi12O17Br2材料光催化降解过程中的主要活性物种。最后结合Au/Bi12O17Br2材料的能带结构探究了可能的光催化降解机理。
其他文献
建筑短期负荷预测在用电高峰管理和发电调度中起着至关重要的作用。研究表明,集成学习策略在实践中比单个预测模型泛化能力更强、精度更高。然而,目前数据预处理大都仍是传统方法,即将数据作为一个整体进行训练和测试,忽略了数据的内部规律和模式差异,这是阻碍预测效果进一步提高的重要因素。本文运用无监督/有监督数据分类方法,结合集成学习策略,围绕建筑电力需求建模与预测方法展开研究。主要内容包括:（1）数据预处理方
现阶段我国农机装备、智慧农业等关键领域核心技术与产品自主可控力不强,传统农机装备已不能满足农业生产和发展的需求,向自动化、智能化方向发展迫在眉睫。施药机自动导航系统可提高田间施药的作业效率和作业质量,降低机手农药中毒的风险。然而,施药机自动导航系统多采用单一导航定位系统实现定位,易受环境因素影响,定位系统稳定性较差;自主作业过程中泥脚深浅不一引起的车身姿态变化会导致定位系统产生倾斜误差,影响作业精
汞离子(Hg2+)是一种常见且剧毒的重金属污染物,在自然环境中不易降解。Hg2+对农作物生长发育有一定的抑制作用,导致农作物质量和产量的下降。此外,Hg2+通过食物链进入人体,并在人体内蓄积,会对人体器官造成严重伤害。因此,发展高性能的Hg2+检测方法对于生态环境、农业生产和人类健康都具有重要意义。为此,研究人员发展了多种方法测定Hg2+。其中,电感耦合等离子体质谱法、原子发射光谱法、原子吸收光谱
纤维素作为自然界中最丰富的绿色可再生资源,其合理利用对实现化学工业的可持续发展具有重要意义。然而,纤维素特殊的分子结构和性质限制了其资源利用。无机盐水合物作为一种非衍生化纤维素溶剂,具有稳定性好、成本低、绿色无毒等优点,并在生物质预处理以及催化领域前景广阔。基于此,本论文开展了无机盐水合物对微晶纤维素（MCC）的预处理和MCC催化转化制备5-羟甲基糠醛（5-HMF）的研究工作,具体研究内容如下:（
电化学分解水是获取清洁、可再生氢能的有效途径。寻找储量丰富、催化活性高、稳定性好的析氧反应（OER）电催化剂来替代贵金属催化剂,对电解水的广泛应用至关重要。作为一种新兴的电催化剂,金属有机框架（MOFs）具有比表面积大、孔径可调以及结构多样的特点。本论文设计制备了一系列新型的MOFs基电催化剂材料,通过XRD、SEM、TEM、FT-IR、Raman、XPS和氮气吸附-脱附测试等技术对合成产物进行了
随着我国畜禽养殖业的规模化发展,四环素类抗生素和微量重金属离子（铅、铜、锌、砷等）作为饲料添加剂广泛用于畜禽养殖业,但超量使用会导致畜禽粪便中高浓度抗生素和重金属离子残留。畜禽粪便中残留的四环素类抗生素和重金属离子堆积在地下水中对生态环境和人类健康构成了巨大的潜在威胁。因此,需要有效的水处理技术将水资源中的四环素类抗生素和铅离子降低到微量水平。目前,吸附分离法因为操作简单、成本低廉和不易产生二次污
我国是世界最大的白萝卜生产国,种植范围覆盖全国各地,但白萝卜机械化生产水平和效率较低。收获是白萝卜产业中至关重要的环节,目前我国白萝卜收获以人工收获为主,部分企业和院校开展白萝卜机械化收获的研究,但机器的作业性能仍不完善,以半机械化为主,工作量大、工人作业强度高、机具收获效率低。少部分采用其他根茎类收获机改造而来,但适应性和可靠性差。为解决白萝卜收获机械化作业性能不完善,适应性和可靠性差的问题,本
能源支撑着现代社会各行业正常运作,有着不可撼动的重要地位,并且人类也一直在追求更加经济高效的能量转换与存储器件。超级电容器因具有高功率密度等诸多优点而受到研究者的关注。成本低、来源广泛、电导率高的石墨化碳材料是颇有应用前景的电极材料之一。为获得更优越的储能性质,根据超级电容器的双电层储能与赝电容储能机制,石墨化碳材料的性能提升途径主要有两条:一是优化多孔结构,提升电荷的吸附/脱附能力,提高双电层电
在过去的几十年里,全球工业的快速发展导致二氧化碳大量排放和能源快速消耗,使得全球变暖和能源危机趋势日益严峻。作为燃料电池家族中的重要一员,以氢气和空气（氧气）为燃料和氧化剂的质子交换膜燃料电池（Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC）因其具有能量转换效率高、零污染、与其他风能、太阳能等可再生能源具有良好兼容性等优点,被认为是替代传统内燃机（Internal
光催化还原二氧化碳（CO2）技术不但可以缓解温室效应,而且能够解决能源危机和环境问题,从而实现保护环境和CO2资源化利用的双重目标。光催化还原CO2反应中,可以通过光催化剂将太阳能转化为化学能,将CO2还原转化为高附加值产物,如CO、CH4及HCOOH等,是实现“碳达峰”和“碳中和”的有效途径之一。但是,CO2分子结构非常稳定,需要注入大量能量才能使C=O(750 k J mol-1)断裂,因此高