压电/等离激元协同增强二硫化钼基性能研究

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近年以来,染料废水的过度排放引起了全球能源问题的日益严重,对此许多科研机构加强了对于清洁化学染料(MB、MO、R6G等)的研究。环保高效的纳米催化剂被认为是理想的材料之一,在现代能源发展领域具备广阔的应用远景。理论与实验研究结果表明,二维材料凭借其优势在解决环境问题方面具有很大的潜力。具有花状的壳和空心腔体结构的材料表现出更大的比表面积及大量的表面缺陷位点,有益于光生电子-空穴对的分离,进而有效提高光催化性能。而具备独特的局域表面等离激元共振效应(LSPR)的贵金属纳米颗粒在光催化领域被掀起了热潮,金属纳米结构可以通过LSPR提供一些独特的优势,增强其局部的电磁场进而扩大光谱分析的频谱响应范围,提高光能利用率,有效的分离出电荷载流子以及消散光子之间的热效应。因此,将LSPR和压电效应以及腔增强效应结合起来,通过其协同作用促进整个催化过程。其中PVDF作为广泛应用的支撑材料,具有表面积大、孔隙多、压电性能好等特点。但因金属纳米颗粒无法直接附着在PVDF表面发挥其优势,对此我们提出在PVDF上生长二硫化钼(Mo S2)并使其呈现出腔体结构,进一步将金属纳米颗粒聚集,产生更多的“热点”。本论文以实现高效率,强稳定性的催化材料为目的,以一种简便的方法制备了压电和等离激元调制的PVDF/Mo S2/Au异质结构,基于等离激元效应从理论和实验上展开以下工作并得到了相应的结论:1、选择金纳米颗粒(Au NPs)作为产生等离激元效应的材料,通过生长不同程度的Au NPs,探究其在PVDF/Mo S2上获得的最佳等离激元效应。2、基于Au NPs密度的最佳参数,初步对所制备的复合异质结构进行了表征,并结合不同PVDF基基质在针对不同的催化领域内进行了性能研究。实验结果表明,压电光催化表现出巨大的优势,使PVDF/Mo S2/3Au基质在45 min内催化MB溶液的效率可达99.9%,准一级动力学常数(K)为0.04664 min-1,是单独光催化作用下的6倍左右,同时还具有良好的循环稳定性,经过5个周期后依然能维持85%以上的降解效率。所提出的压电异质结构将成为下一代水净化系统的候选材料,对于探索在废水处理和其他等离子体增强领域具有十分重要的意义。
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