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现如今水体污染和能源短缺已经成为世界性难题,寻找有效的、可持续发展的绿色途径已成为重中之重。在众多可行办法中,光催化半导体材料降解与制氢,以其独有的优势进入研究者的视野,并受到科学界广泛关注。大多数半导体材料在太阳光下,可以通过本征光电性能进行光催化降解,有效治理水体污染,此外,还有部分具有适合能带结构的半导体材料,可以直接在光照下通过光催化分解水产氢。众所周知,氢能是一种无污染、高燃烧能的新型能源,可替代传统化石燃料,其在高效供能的同时,还可有效缓解环境污染。因此,半导体材料光催化降解和制氢已经成为解决水体污染和能源短缺的不二之选。在众多半导体材料中,钛酸盐类半导体材料,由于具备适宜的导带与价带位置(负于H+到H2的还原电位的导带,正于H2O到O2的氧化电位的价带)以及较高的稳定性,近年来被广泛应用于光催化领域,包括钛酸锰(MnTiO3)、钛酸钙(CaTiO3)和钛酸锶(SrTiO3)。然而受限于上述材料的本征特性,即宽带隙限制了可见光利用率,高电子-空穴复合率限制了光生载流子效率,导致其光催化性能不能被完全开发利用,因此,如何改善半导体材料对于可见光的吸收以及提高其光生电子的迁移速率是提高上述钛酸盐光催化性能的重要因素。研究表明,通过对半导体材料进行表面修饰,沉积助催化剂和构建半导体异质结,都可以有效改善其光催化性能,包括提高可见光响应范围和促进光生电子-空穴对的分离。本论文就钛酸盐基半导体复合材料的制备、修饰与应用进行了研究,主要研究内容分为如下三个部分:(1)通过静电纺丝法制备了 MnTiO3纳米线,随后使用光沉积法在其上负载AgCl/Ag,制备了 AgCl/Ag/MnTiO3半导体复合材料,并研究了 AgCl/Ag的负载量对于光催化降解能力的影响。SEM、TEM和XRD结果表明,AgCl/Ag颗粒成功负载于MnTiO3上,UV-vis结果则证实了 AgCl/Ag的负载可以有效拓展MnTiO3对于可见光的响应范围,进一步通过光催化实验可知,AgCl/Ag/MnTiO3纳米复合材料的最佳光催化降解RhB的效率(2h内降解80%)较纯MnTiO3(2h内降解10%)有显著提高,主要原因为,以Ag0作为淬灭中心,AgCl/Ag与MnTiO3形成了 Z-Scheme结构,该结构可以有效加速光生载流子的分离与迁移,增强光催化降解的速率。(2)通过两步水热法制备了 MoS2/CaTiO3半导体复合材料,并探究了 MoS2的量变对于CaTiO3光催化制氢性能的影响。使用SEM、TEM、EDS、Mapping、XRD以及XPS等测试手段证实片层状MoS2成功负载于立方CaTiO3表面。通过光催化制氢结果可知,MoS2/CaTiO3半导体复合材料的最佳光催化产氢量约为381.23μmol/g·h,相较于未修饰 CaTiO3(13.19μmol/g·h)增强了约 30 倍。该结果主要归因于片层状MoS2可以作为助催化剂使CaTiO3的光生电子得以高效快速迁移,降低光生电子-空穴的复合率,且片层状MoS2可为CaTiO3提供了更大的比表面积,更有利于光催化制氢。(3)通过水热法制备了 SrTiO3纳米球,随后将g-C3N4沉积于SrTiO3表面,并进一步负载了片层状MoS2,构成MoS2/g-C3N4/SrTiO3纳米复合材料,进而研究了 MoS2和g-C3N4对于SrTiO3光催化制氢性能的影响。通过SEM、TEM、XRD以及XPS等表征方法证实MoS2和g-C3N4成功负载于SrTiO3纳米球表面。通过光催化制氢的实验可知,MoS2/g-C3N4/SrTiO3纳米复合材料的产氢量约为1623.37μmol/g·h,是未修饰 SrTiO3 产氢量(49.66μmol/g·h)的近 30 倍,其主要归因于g-C3N4和SrTiO3形成了表面异质结,可以有效促进光生电子-空穴的转移与分离,以及片层状MoS2助催化剂在加快光生电子迁移的同时,还可以增加比表面积,进一步增强光催化制氢性能。