新型光催化剂的制备与性能研究

来源 :大连工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:JohnStorm
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目前,以半导体材料为基础的光催化技术在环境整治方面的研究愈发引人关注。然而,现有的半导体光催化材料存在着诸多不足,如响应的波长范围窄,光的利用率低,对反应光源严格限制和反应过程中的光生电子-空穴对的复合率高等。因此,如何拓宽半导体催化剂光响应波长范围,以及提高催化剂的催化效率和降低催化剂成本,是研究者主要思考的问题。本论文采用简单的碳热法制取了ZnO-ZnS/C、Sn-SnO2/C两种新型光催化剂。利用XRD、XPS、TEM、EDX等技术分析了光催化剂结构与性质。选择活性艳蓝K-3R溶液作为模拟废水,考察了光催化剂对染料废水的降解能力,并阐明了两种光催化剂的形成机制。主要研究结果如下:1.通过浸渍-碳热还原方法制备了新型光催化剂ZnO-ZnS/C,优化了制备工艺条件,得到了其最佳制备参数,即Zn担载量为10%,热处理温度为700℃,热处理时间为2h。研究发现,改变制备条件能够调节ZnO-ZnS/C催化剂的表面组成与结构,而载体活性炭在ZnS形成过程中发挥了非常重要的作用。此外,能够观察到载体表面ZnO与ZnS形成了紧密的连接,这意味着制得的ZnO-ZnS/C光催化剂能够形成ZnO-ZnS异质结结构。活性艳蓝模拟废水光降解研究表明,与纯ZnO和ZnO/C相比,ZnO-ZnS/C在紫外光和可见光下的催化活性都明显提高,表现出了更加优良的光催化活性。2.采用吸附-碳热还原法制备了新型光催化剂Sn-SnO2/C,优化了制备工艺条件,得到了其最佳制备参数,即母液浓度(SnCl4)为0.4 mol/L,热处理温度为800℃,热处理时间为2h。研究发现,在热处理过程中载体活性炭使Sn02转变为金属Sn,形成Sn-SnO2异质结结构;而催化剂表面金属Sn的沉积也增加了表面吸附氧物种数量。活性艳蓝K-3R的光催化降解结果显示,与Sn02相比,Sn-SnO2/C表现出了更加优良的光催化活性。Sn-SnO2/C光催化性能的提高可归于表面金属Sn(作为电子阱)的形成及具有俘获光生电子能力的表面吸附氧物种数量的增加,金属Sn的形成与表面吸附氧物种数量的增加提高了光生电子-空穴对的分离效率,从而使半导体光催化剂具有良好的光催化活性。
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