可控合成CsPbBr3/CsPb2Br5@SiO2粒子及其光催化性能研究

作     者：谢克晗 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王飞久

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0703[理学-化学] 

主      题：CsPbBr3/CsPb2Br5异质结 MHP组分调控 核壳结构微球 光催化 电荷分离 水相系统光催化 

摘      要：随着人类经济社会的持续发展,在人们生活的地点及其周边的水体环境中,有机污染物逐渐增多并且严重威胁人类健康和生态安全。光催化是一种能够缩短传统合成化学步骤的新型催化方式,能够利用太阳能降解有机污染物,是一种有效的节能环保的降解方式。半导体光催化是光催化领域一个重要方面。卤化物钙钛矿因为其独特的光电性能,特别是具有较高的吸光系数、较长的载流子扩散长度、较长的载流子寿命、合适的禁带宽度和较低的缺陷态密度,所以在光催化领域开始被关注。卤化物钙钛矿应用于光催化主要在降解染料、还原CO、光分解水制氢以及合成有机物等方面。但由于卤化物钙钛矿催化性能仍然不高,且对于水、乙醇等极性溶剂极其敏感,所以将其应用于光催化方面依然存在诸多限制与挑战。如何实现钙钛矿在极性溶剂条件下具有稳定且高光催化性能是一个需要解决钙钛矿催化领域应用的关键性问题。在此,我们提出通过构建铯铅卤钙钛矿(MHP如CsPbBr,CsPbBr等)异质结构CsPbBr/CsPbBr II型异质结构提高载流子分离效率,以提升光催化性能。为了实现CsPbBr/CsPbBr II型异质结构更好的稳定性,我们通过由外而内的制备方法在SiO介孔空心球内合成CsPbBr/CsPbBr II型异质结构。并通过调节反应时间与前驱体的比例实现异质结构中CsPbBr与CsPbBr粒子大小与比例调控。首先,我们使用热注入法合成了CsPbBr/CsPbBr材料。通过对合成过程中反应时间,溶剂等条件进行调控,初步探索制备了不同形貌的CsPbBr/CsPbBr材料。其中,合成的花状结构的CsPbBr/CsPbBr材料被用于对有机染料的降解,发现其在水中可以较为稳定的存在。相比于CsPbBr在水中对有机染料的降解,CsPbBr/CsPbBr的降解效率有较大提高。其次,我们使用已合成的SiO空心介孔球通过由外而内的方法合成MHPs@SiO,并且通过改变加入Cs、Pb元素含量实现从CsPbBr到CsPbBr/CsPbBr与CsPbBr的转变。MHPs在SiO内先形成纳米粒子,随着熟化时间延长,发现纳米粒子自组装并逐渐变大,最后可以填满整个SiO空心球。我们对MHPs@SiO的组分,时间变化等因素对材料的结构、形貌、光学以及水稳定性进行了详细的表征与分析。最后,我们探究了MHPs@SiO光催化降解罗丹明B、甲基橙和亚甲基蓝的催化性能。通过对CsPbBr@SiO、CsPbBr/CsPbBr@SiO以及CsPbBr@SiO三种材料载流子动力学和能带的研究,我们分析了MHPs@SiO降解染料的机理,并且机理与三种材料降解效率相符。通过MHPs@SiO复合组分催化前后XRD数据的对比,我们证明了MHPs@SiO在水中具有催化活性并且能持续工作较长时间。另外,由于SiO介孔空心球可以吸附重金属离子,所以使用MHPs@SiO作为催化剂相较于普通MHPs能够减低催化过程中产生的重金属污染。