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基于TiO2空心球和znin2s4的可见光催化性能的改性研究

基于TiO2空心球和ZnIn2S4的可见光催化性能的改性研究

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作者：李凡江苏大学

学位级别：硕士

最近,大量关注使用金属氧化物和硫化物作为光催化剂来光催化降解有机污染物。由于其具有稳定性,低成本和无毒性的特点,TiO可作为理想的降解有机污染物的催化剂。而TiO的最大缺点是宽的带隙和载流子复合率高,其仅可以吸收太阳光中的紫外... 详细信息

最近,大量关注使用金属氧化物和硫化物作为光催化剂来光催化降解有机污染物。由于其具有稳定性,低成本和无毒性的特点,TiO可作为理想的降解有机污染物的催化剂。而TiO的最大缺点是宽的带隙和载流子复合率高,其仅可以吸收太阳光中的紫外线。在硫化物中,znins具有对应于可见光区的带隙。然而,znins具有光电子-空穴对的快速重组和光激发电荷载体的迁移能力低下的缺点。本论文,主要基于TiO和znins这两种半导体进行了可见光性能改性研究,构建了三种新型的TiO空心球/g-CN,znins/CQDs和中空双壳znins@TiO复合光催化剂。通过多种方法对所得光催化剂进行了分析,并评价了其光催化活性。详细内容如下:1.通过简单的浸渍法成功构建了TiO空心球/g-CN(TOCN)夹层结构复合光催化剂。TiO空心球已完全嵌入至g-CN的层间,形成一种独一无二结构的异质结。通过在可见光照射下降解罗丹明B来评估夹层结构的可见光催化活性。结果发现:TOCN-2比纯g-CN(18.62%)和TiO空心球(16.37%)具有更高的光催化效率(98.09%)。更重要的是,TOCN-2展现出优于TiO纳米粒子/g-CN复合物的光催化性能,说明在TOCN体系中TiO的中空形态对于RhB降解起着至关重要的作用。根据捕获实验,提出了TOCN夹层结构复合光催化剂降解RhB的机理。在TOCN系统中,TiO的形貌效应以及TiO空心球与g-CN之间的协同作用共同导致光催化活性的显着提高。2.通过原位水热法设计新型的紫外可见近红外光驱动的znins/CQDs复合纳米花。CQDs均匀的分散在znins纳米花的表面。对制备的znins/CQDs(ZIs/CQDs)异质结进行了系统地表征,并采用盐酸四环素,罗丹明B和甲基橙来评价ZIs/CQDs纳米复合物的光催化活性。相比于纯的znins,结果表明ZIs/CQD在紫外线(84.3%),可见光(85.1%),近红外光(43.8%)和模拟阳光(87.04%)照射下对TC表现出优异的光催化性能,这归因于有效的电荷分离和转移以及CQD的上转换光致发光性质。此外,根据捕获和荧光实验,提出了ZIs/CQDs复合光催化剂降解污染物的机理。3.通过简单的溶剂热法制备了双壳结构的znins@TiO-x(ZIs@TiO-x)复合空心球可见光光催化剂。znins纳米片很好地自组装在TiO空心球外表面上形成双壳结构的znins@TiO的复合球。采用各种表征来研究形貌、结构、光学性质和光生电荷载体的转移过程。此外,盐酸四环素的光催化实验测试表明,与可见光下的纯TiO和znins相比,样品ZIs@TiO-x显示出增强的光催化活性,其中ZIs@TiO-2表现出最高的电荷分离效率和最高光催化降解活性。基于实验结果,可以知道具有紧密界面的多孔中空结构可以有助于可见光的吸收和利用,znins纳米片自组装的外层结构形成了许多活性位点和双壳结构有利于载流子转移。另外,根据捕获实验,提出了ZIs@TiO复合光催化剂的降解机理。

关键词：光催化降解夹层结构 TiO2空心球 znin2s4纳米花双壳结构

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