磷钨酸大环铜复合物的制备及其光催化性能研究

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光催化技术是一种新兴的半导体催化技术,在能源与处理环境污染等领域有着巨大的应用潜力。磷钨酸由于其自身独特的电子性能以及结构,表现出优异的催化性能,可以产生大量的活性物种有效地降解污染物。并且磷钨酸具有较高的稳定性,在光催化中具有良好的应用前景。本文以磷钨酸大环铜((CuC10H26N6)3(PW12O40)2)作为光催化材料,通过构筑不同的光催化异质结来提高磷钨酸大环铜的光催化效率。本文的主要研究内容如下:
  (1)通过简便有效的合成方法成功制备了新型(CuC10H26N6)3(PW12O40)2-CdS传统异质结复合材料。研究表明(CuC10H26N6)3(PW12O40)2-CdS复合材料对四环素以及罗丹明B(RhB)等污染物具有较好的可见光光催化活性,其中CuPW-CdS-10的光催化性能最好,对四环素的降解率达到79%,而罗丹明B降解效果则达到91%。并且探究了四环素降解的中间产物,提出了传统异质结的光催化机理,分析了传统异质结的优点以及缺点。
  (2)为了使体系具有强氧化还原电位,且具有高效的光生电子和空穴分离效率。我们通过水溶液法合成Z-型(CuC10H26N6)3(PW12O40)2/AgCl@Ag异质结构光催化剂。CPA-2样品可以降解65%的2,4-二硝基苯酚,光催化产H2的速率为19.28μmolg-1h-1。这充分说明Z-型催化剂保留了该体系最佳的氧化还原能力,并且能够抑制光生电子和空穴的重组,成功的克服了传统异质结的缺点,更进一步地加快了光生电子和空穴的分离。
  (3)(CuC10H26N6)3(PW12O40)2-Fe2O3不仅克服了磷钨酸的紫外光响应和易溶解的缺点,而且同时克服了大环铜在光芬顿降解条件下的自降解。并且该体系具有非常优异的光催化性能,能在120min内降解98%以上的酚类污染物。我们探究了该体系光芬顿降解不同酚类物质的速率,并进一步了提出合理的光芬顿机理。
  (4)通过水溶液法成功地合成了(CuC10H26N6)3(PW12O40)2-TiO2光催化剂。通过XRD,SEM,DRS,TEM等表征手段对(CuC10H26N6)3(PW12O40)2-TiO2进行分析,实验结果表明TiO2已经成功负载到了(CuC10H26N6)3(PW12O40)2上。并且对该复合体系进行了光催化分解水测试,提出了相应的光催化分解水机理。
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