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CdS基复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

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CdS基复合光催化剂的制备及其光催化机理研究

作者：邹正波陕西科技大学

学位级别：硕士

硫化镉（CdS）半导体材料,禁带宽度Eg=2.4 eV,可直接吸收并利用太阳光,在光催化领域有着很高的实际应用潜能,因此,受到了人们的高度关注。但是,CdS半导体材料本身的光催化活性并不理想,使其在光催化降解领域的应用受到了极大的限制。因... 详细信息

硫化镉（CdS）半导体材料,禁带宽度Eg=2.4 eV,可直接吸收并利用太阳光,在光催化领域有着很高的实际应用潜能,因此,受到了人们的高度关注。但是,CdS半导体材料本身的光催化活性并不理想,使其在光催化降解领域的应用受到了极大的限制。因此,本文通过对CdS的制备工艺的研究和CdS的改性研究,以此来提高CdS半导体光催化剂的光催化性能。本文先分别采用共沉淀法和水热法制备出了 CdS光催化材料,并以甲基橙（MO）为目标降解物,通过研究其在可见光下的光催化性能,确定CdS光催化剂的制备方法,通过优化制备工艺,确定最优的制备工艺条件。采用水热法制备出过渡金属掺杂型的Ni-CdS复合光催化剂材料和半导体复合型的ZnO/CdS复合光催化剂材料。分别探究两种催化剂对MO的光催化活性和稳定性能,并对其光催化机理进行了探讨。实验结果表明:（1）以四水合硝酸镉和硫脲作为原料,采用共沉淀法制备CdS单体:四水合硝酸镉与硫脲的摩尔比为1:3,反应温度为45℃,反应时间为4 h,干燥时间为12 h时,所制备CdS的光催化效果最好,在可见光照射90 min后,对MO溶液的降解率达24%左右。（2）以四水合硝酸镉和硫脲作为原料,采用水热法制备CdS单体:镉源与硫源的摩尔比为1:3.5,反应温度为160℃,反应时间为8h,干燥时间为12 h。制备的CdS具有最优的光催化活性。在可见光照射90 min后,样品对MO溶液的降解率可达28%左右。（3）采用水热法制备的CdS的光催化性能只略高于共沉淀法制备的CdS的光催化性能,但实验中发现共沉淀法制备CdS的过程中,部分中间产物不能完成反应生成CdS,在样品中混有部分的中间产物,对其光催化性能造成一定的影响。而采用水热法制备CdS时,所制样品的衍射峰强度较高,结晶情况较好,且样品中无杂质峰,样品的纯度良好,并展现了具有花簇状的表面形貌,因此认为采用水热法制备CdS可以为其改性实验提供更好的基础。（4）为了抑制CdS电子-空穴的复合,提高CdS的稳定性能,本文采用二次水热法制备出了半导体复合型的ZnO/CdS复合光催化材料,为保证CdS和ZnO的顺利复合,首先利用乙酸锌和EDTA作为原料,制备出纳米短柱状的ZnO材料,再通过二次水热法将CdS负载于其上。实验结果表明:当CdS和ZnO的摩尔比为20:3时,样品在可见光下对MO溶液的光催化降解率最高为62%。并且,复合后的ZnO/CdS光催化材料的光催化活性远大于纯的ZnO和CdS。在经5次循环实验后,其对MO的降解率依然保持在54%左右。（5）ZnO/CdS复合光催剂的光催化性能优于CdS,主要是由于:第一,纳米ZnO具有较大的比表面积,为CdS提供了更多可供反应的活性位点,加快了光催化反应的速率;第二,ZnO和CdS复合,在样品的表面形成了异质结结构,有效的抑制了样品的光生电子-空穴的复合,提高了样品的光催化活性及稳定性;第三,ZnO和CdS的复合,拓宽了 ZnO对光的吸收范围,使其能够更好的吸收和利用可见光。（6）为了增强CdS自身的电子转移速率,提高CdS的光催化活性,采用水热法制备了过渡金属掺杂型的Ni-CdS复合光催化材料。结果表明:当镍的掺杂量（MNi2+/（MNi2++MCd2+））为8%时,Ni-CdS复合光催化对MO溶液的光催化降解效果最佳,并表现出良好的稳定性能。在可见光照射90 min后,对MO溶液的光催化降解率达91%,在循环使用5次后,对MO溶液的光催化降解率依旧保持在86%左右。（7）Ni-CdS复合光催化剂的光催化性能提高的机理:第一,Ni原子取代CdS晶格内部的Cd原子,造成了晶格缺陷,形成了更多的活性位点,加快了光催化反应的速率;第二,Ni掺杂进入CdS的晶格内部之后,细化了样品的晶粒,减小了样品花簇状颗粒的直径,增大了样品的比表面积;第三,Ni-CdS禁带宽度为2.12 eV,低于CdS的禁带宽度,拓宽了样品对光的吸收范围,使其能够更好的利用可见光。

关键词：硫化镉镍掺杂异质结共沉淀法水热法

二维层状RGO/CuO材料的光催化性能及机理

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化工新型材料 2022年

作者：黄凤萍邹正波李春花周鑫敏刘纯陕西科技大学化学与化工学院咸阳陶瓷研究设计院

以二维层状还原氧化石墨烯(RGO)为载体，采用液相原位还原法制备了二维层状RGO/CuO复合材料。结合X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱和能谱等表征手段，对RGO/CuO复合材料晶体结构、形貌分析、元素组成进行表征，并在可见光下对...

以二维层状还原氧化石墨烯(RGO)为载体，采用液相原位还原法制备了二维层状RGO/CuO复合材料。结合X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱和能谱等表征手段，对RGO/CuO复合材料晶体结构、形貌分析、元素组成进行表征，并在可见光下对甲基橙进行光催化降解反应。结果表明：通过Hummers法制备出的氧化石墨烯(GO)，因其具有比表面积大的优势，为CuO负载提供了更多的活性位点。在可见光照射下，GO∶Cu为0.75∶1(摩尔比)时，合成出的RGO/CuO复合光催化剂对甲基橙表现出最优的光催化性能，对MO的降解达到93.4%，5次循环降解实验后仍具有良好的光催化活性，明显高于纯CuO；自由基捕获实验证明具有强氧化性的·OH和·O活性基团为主要活性物质。复合结构可有效地抑制CuO光生电子-空穴的复合，提升载流电子的分离与传输速率，为光催化降解有机污染物的工作研究提供了新的思路。

关键词：

二维层状RGO/Cu_(2)O材料的光催化性能及机理

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化工新型材料 2022年第10期50卷 197-201,207页

作者：黄凤萍邹正波李春花周鑫敏刘纯陕西科技大学化学与化工学院西安710021 咸阳陶瓷研究设计院咸阳712000

以二维层状还原氧化石墨烯(RGO)为载体,采用液相原位还原法制备了二维层状RGO/Cu_(2)O复合材料。结合X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱和能谱等表征手段,对RGO/Cu_(2)O复合材料晶体结构、形貌分析、元素组成进行表征,并在可见光... 详细信息

以二维层状还原氧化石墨烯(RGO)为载体,采用液相原位还原法制备了二维层状RGO/Cu_(2)O复合材料。结合X射线衍射仪、扫描电镜、X射线光电子能谱和能谱等表征手段,对RGO/Cu_(2)O复合材料晶体结构、形貌分析、元素组成进行表征,并在可见光下对甲基橙进行光催化降解反应。结果表明:通过Hummers法制备出的氧化石墨烯(GO),因其具有比表面积大的优势,为Cu_(2)O负载提供了更多的活性位点。在可见光照射下,GO∶Cu为0.75∶1(摩尔比)时,合成出的RGO/Cu_(2)O复合光催化剂对甲基橙表现出最优的光催化性能,对MO的降解达到93.4%,5次循环降解实验后仍具有良好的光催化活性,明显高于纯Cu_(2)O;自由基捕获实验证明具有强氧化性的·OH和·O^(2-)活性基团为主要活性物质。复合结构可有效地抑制Cu_(2)O光生电子-空穴的复合,提升载流电子的分离与传输速率,为光催化降解有机污染物的工作研究提供了新的思路。

关键词：原位还原法还原氧化石墨烯氧化亚铜复合光催化剂光催化机理

利用GRACE/GRACE⁃FO时变重力场数据量化长江流域干旱事件特征

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测绘通报 2022年第5期 45-48,55页

作者：崔立鲁何明睿张诚邹正波汪晓龙成都大学建筑与土木工程学院四川成都610106 中国地震局地震研究所地震大地测量重点实验室湖北武汉430071 南宁市勘察测绘地理信息院广西南宁530022

针对区域干旱事件特征精确量化的问题,本文首先提出了一种基于GRACE/GRACE⁃FO时变重力场数据的干旱事件评估方法,然后对基于GRACE/GRACE⁃FO数据的干旱指数进行了验证,最后利用上述评估方法探测了2002年4月—2020年12月长江流域发生的干... 详细信息

针对区域干旱事件特征精确量化的问题,本文首先提出了一种基于GRACE/GRACE⁃FO时变重力场数据的干旱事件评估方法,然后对基于GRACE/GRACE⁃FO数据的干旱指数进行了验证,最后利用上述评估方法探测了2002年4月—2020年12月长江流域发生的干旱事件,并对上述干旱事件特征进行量化分析。结果表明:在长江流域内,本文构建的干旱指数与传统干旱指数具有很好的一致性。在研究时间段内长江流域发生了8次较大的干旱事件,其中最严重的发生在2002年9月至2004年7月,共计持续了23个月,干旱严重程度为-14.07,平均40%的流域面积受到了干旱灾害的影响。

关键词： GRACE/GRACE⁃FO 长江流域干旱事件评估干旱特征

基于CORS站网监测三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响

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地球物理学报 2017年第3期60卷 962-971页

作者：王伟党亚民章传银鲍李峰梁诗明何志堂邹正波中国测绘科学研究院北京100830 中国科学院测量与地球物理研究所武汉430077 中国地震局地质研究所北京100029 国家测绘地理信息局第一大地测量队西安710054 中国地震局地震研究所武汉430071

三峡地区水资源丰富,加上三峡水库蓄放水的影响,水动力环境复杂,对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱.本文基于CORS站网,辅以少量重力台站数据,采用负荷形变和重力场球谐分析方法,研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变... 详细信息

三峡地区水资源丰富,加上三峡水库蓄放水的影响,水动力环境复杂,对该区域陆地水负荷变化影响的研究还比较薄弱.本文基于CORS站网,辅以少量重力台站数据,采用负荷形变和重力场球谐分析方法,研究了三峡地区陆地水负荷对地壳形变和重力变化的影响.本文研究发现:①基于CORS站网能够监测陆地水负荷引起的地壳形变和地面重力时空变化.②陆地水负荷对垂直形变的影响达厘米级,对水平形变的影响较小,对地面重力的影响可达数百微伽.③2011年1月至2015年6月陆地水负荷对垂直形变影响的年变化趋于平衡,对地面重力变化影响主要集中在三峡水库和重庆市附近.④基于CORS站网确定的三峡地区陆地水地壳垂直形变,与GRACE卫星重力成果在分布规律和趋势上具有较高的一致性,但在部分区域存在差异.本文研究成果可用于水动力环境监测与水资源保护利用,为高程基准和重力基准的动态维护提供支持.

关键词：陆地水负荷三峡地壳形变重力变化

三峡库区秭归与巴东交界MS4.0地震矩张量及应力环境研究

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地球物理学报 2021年第2期64卷 484-497页

作者：吴海波王杰邹正波陈俊华中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室) 武汉430071 湖北省地震局武汉430071

三峡库区湖北秭归与巴东交界地区2013年以来发生5次M S4.0以上地震.本文基于湖北、重庆等省属13个测震台站宽频带波形数据,采用kiwi软件包和rapidinv12程序反演了这些地震的全矩张量解,结果显示所有地震双力偶解均为走滑兼逆断性质,两... 详细信息

三峡库区湖北秭归与巴东交界地区2013年以来发生5次M S4.0以上地震.本文基于湖北、重庆等省属13个测震台站宽频带波形数据,采用kiwi软件包和rapidinv12程序反演了这些地震的全矩张量解,结果显示所有地震双力偶解均为走滑兼逆断性质,两个节面走向、倾角、滑动角与P、T轴走向和倾俯角的一致性均较好,主压应力P轴NWW走向,倾角近水平,主张应力T轴NNE走向.与三峡库区现今构造应力场比较,这5次地震主压应力P轴与主张应力T轴的平均方向与其大体一致,并且节面1平均走向也与附近主要断裂:高桥断裂和周家山—牛口断裂走向大体一致,反映了这些地震受到区域现今构造应力环境的控制与影响.通过对地震矩张量的ISO+DC+CLVD分解显示,所有地震的ISO成分均低于10%,纯双力偶DC成分偏少而CLVD成分较多,主要与震源区地下浅层介质复杂的各向异性、多重剪切错动或液态下拉张错动有关.结合震源区局部特殊的岩层岩性结构和水文地质环境,分析认为库水长时期的侵蚀溶蚀与加卸荷载作用,有利于引起局部岩层强度降低,在特殊水位时段将触发岩层失稳而滑动破裂,这5次地震中CLVD成分较多正是这一复杂过程的重要体现.

关键词： kiwi方法全矩张量 CLVD 构造应力环境

日本M_W9.0地震前GRACE卫星重力变化

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测绘学报 2012年第2期41卷 171-176页

作者：邹正波罗志才吴海波申重阳李辉武汉大学测绘学院湖北武汉430079 中国地震局地震研究所湖北武汉430071 地壳运动与地球观测实验室湖北武汉430071

利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化。分析结果表明:日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正... 详细信息

利用GRACE重力卫星月重力场数据,通过去相关与高斯滤波等方法获取日本大地震震前震源区周缘年度、季度和年度差分重力变化,以及若干点位时间序列重力变化。分析结果表明:日本大地震前5年内在震源区周边出现了比较明显的卫星重力异常正负交替和迁移现象,至震前1～2年,震区周边形成了明显正负异常区,正重力异常区重力增加现象明显。点位重力时间序列分布指出日本MW9.0级地震前存在与1976年唐山地震类似的重力变化现象。反映出日本大地震震前震源区周边地下物质运动、质量迁移和能量积累等问题。

关键词： GRACE 卫星重力重力变化日本地震时间序列

基于Forward-Modeling方法的黑河流域水储量变化特征研究

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地球物理学报 2015年第10期58卷 3507-3516页

作者：吴云龙李辉邹正波康开轩刘子维中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室) 武汉430071 中国地震局地壳应力研究所武汉科技创新基地武汉430071

黑河流域陆地水储量变化对流域下游等周边区域水资源的合理利用以及经济和社会发展等有着重要的意义.本文利用2003年1月至2013年12月的GRACE RL05数据反演了黑河流域陆地水储量长时间序列的变化,并针对重力场模型和数据处理中产生的信... 详细信息

黑河流域陆地水储量变化对流域下游等周边区域水资源的合理利用以及经济和社会发展等有着重要的意义.本文利用2003年1月至2013年12月的GRACE RL05数据反演了黑河流域陆地水储量长时间序列的变化,并针对重力场模型和数据处理中产生的信号泄漏问题,采用Forward-Modeling方法进行了改正并恢复泄漏信号;将GRACE获得的泄漏信号恢复前后的黑河流域水储量变化结果与全球水文模型GLDAS和CPC进行比较分析,结果表明泄漏信号改正后的结果与水文模型结果的时间序列相关性均有明显提高,从其空间分布结果可以看出Forward-Modeling方法有效地恢复初始信号、增强被湮没的信号,泄漏信号误差减小;通过分析黑河流域水储量变化的长时间序列结果,发现其具有明显的阶段性变化特征,即2003—2006年呈明显下降趋势,约为-0.86cm·a-1,在2007—2010年趋于平衡状态,而2011—2013年则呈现缓慢上升趋势约为0.14cm·a-1;联合GRACE数据和GLDAS数据反演了黑河流域地下水储量变化,并与全球降雨数据GPCC进行了比较分析,两者相关性可达到0.88以上.

关键词： GRACE 黑河流域水储量变化 Forward-Modeling方法水文模型

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汶川地震与卫星重力变化

大地测量与地球动力学 2013年第A1期33卷 5-7页

作者：邹正波李辉康开轩吴云龙中国地震局地震研究所(地震大地测量重点实验室) 武汉430071 中国地震局地壳应力研究所武汉科技创新基地武汉430071

利用GRACE重力卫星的重力场模型,计算了中国大陆及周缘地区在汶川地震前后两年的重力变化,在剔除陆地水质量变化的影响后,研究了卫星重力变化与由位错模型模拟的同震重力变化之间的关系,结果表明:卫星重力变化揭示了汶川地震对中国大陆... 详细信息

利用GRACE重力卫星的重力场模型,计算了中国大陆及周缘地区在汶川地震前后两年的重力变化,在剔除陆地水质量变化的影响后,研究了卫星重力变化与由位错模型模拟的同震重力变化之间的关系,结果表明:卫星重力变化揭示了汶川地震对中国大陆的影响。

关键词：汶川地震重力变化 GRACE 位错模型 GLDAS