CuMoO4的制备、改性及其光催化性能的研究

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光催化技术具有反应条件温和、氧化性强、环境友好、适用领域广泛以及寿命长的优点,受到了研究者们的广泛关注。CuMoO4具有稳定的白钨矿结构和良好的可见光响应能力,逐渐被应用于光催化领域。本文选取CuMoO4作为研究对象,通过控制合成条件、引入表面活性剂以及与半导体复合的方式,旨在系统的研究其合成的依赖条件并提高CuMoO4的光催化活性。本文通过控制水热反应的温度和时间、表面活性剂的含量、半导体添加的比例以获得不同性质和种类的材料,通过XRD、SEM、UV-Vis DRS、FTIR等表征手段对合成的材料进行分析,阐述了相关的合成机制。并主要以罗丹明B作为目标污染物,将CuMoO4对其进行降解,研究了不同条件下制备材料的光催化性能,并对CuMoO4光催化降解罗丹明B的可能性机理进行了分析。本论文的主要结论如下:1、采用水热法制备了CuMoO4材料,通过改变水热时间和水热温度获得了不同种类的产物。当水热温度低于150℃时不能合成CuMoO4,原因在于此条件下的获得的前驱物中只有Cu3(Mo O4)2(OH)2而没有NH3(Mo O3)3,Cu3(Mo O4)2(OH)2经煅烧后产物为Cu3Mo2O9。当水热温度高于180℃时可以得到CuMoO4。进一步进行热综合分析实验发现,CuMoO4的前驱物在412℃可被分解完全,所以在煅烧过程中温度控制在412℃以上可以得到CuMoO4材料。SEM和TEM的结果表明,CuMoO4的形貌为圆润而细腻的颗粒状;UV-Vis DRS结果显示,CuMoO4的禁带宽度为1.97 e V。2、实验制备的CuMoO4对罗丹明B和苯并三唑表现出了一定的降解能力。当水热温度为180℃、水热时间为10 h时,CuMoO4的光催化活性最优,在光照120分钟后对罗丹明B的降解率近30%,对苯并三唑降解率为71.13%。苯并三唑的一级动力学常数是罗丹明B的3.14倍,表明苯并三唑能更好的被CuMoO4降解。与N-Ti O2相比,CuMoO4在300分钟后能将罗丹明B降解82.2%,而N-Ti O2对罗丹明B的降解率为59.12%,CuMoO4对罗丹明B降解的一级动力学常数是N-Ti O2的2.11倍。质谱图检测出了罗丹明B在降解过程中的中间产物,推导出了CuMoO4对罗丹明B的可能降解路径。在4次循环实验后,CuMoO4对罗丹明B的降解率仅下降了3%,说明CuMoO4的光催化性能较为稳定。光催化机理的系列实验表明,CuMoO4在光催化反应过程中起主导作用的活性物种为·O2-。3、采用水热法将十六甲基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙二醇(PEG)对CuMoO4改性合成。当使用0.8524 g Cu Cl2·2H2O与0.8828 g(NH4)6Mo7O24·4H2O反应时,加入0.01 g CTAB或是加入0.5 m L和5 m L PEG,所合成的物质为Cu3Mo2O9而非CuMoO4,表明表面活性剂对CuMoO4的合成具有引导作用。表面活性剂的引入能够提高CuMoO4可见光响应能力。在上述条件下,当加入0.05g、0.1 g、0.2 g、0.3 g、0.5 g CTAB后的CuMoO4的禁带宽度分别为1.52 e V、1.19 e V、1.11 e V、0.82 e V和1.65 e V,而加入0.05 m L、0.1 m L、1 m L、2 m L PEG后的CuMoO4的禁带宽度分别为1.71 e V、1.71 e V、1.63 e V和1.76 e V,与单纯的CuMoO4(禁带宽度为1.97 e V)相比均有所降低。将20 mg/L的罗丹明B作为目标污染物进行降解,发现加入0.3 g CTAB或1 m L PEG的条件下所制备的CuMoO4对罗丹明B的降解效率最高,在120分钟降解率分别为59.5%或64.9%。它们的一级动力学常数是单纯CuMoO4光催化剂的2.7倍,表明表面活性剂对CuMoO4的光催化性能有促进作用。4、采用高温固相法制备的新型光催化剂MZr Sb O6(M=In、Sm),其禁带宽度分别为4.44 e V和4.41 e V,均属于立方晶系,空间群为Fm-3m(225)。通过水热反应将CuMoO4与MZr Sb O6(M=In、Sm)半导体复合构建了异质结。结果发现,只有当In Zr Sb O6或Sm Zr Sb O6质量分数分别为10%或5%时才能成功构建CuMoO4/MZr Sb O6(M=In、Sm)异质结,其禁带宽度均为1.45 e V,表明复合半导体可以拓展光催化材料的可见光响应。将罗丹明B作为目标污染物进行降解,结果表明,10%质量分数的In Zr Sb O6或5%质量分数的Sm Zr Sb O6对罗丹明B的降解性能相比单纯的CuMoO4均有所提高,它们在120分钟降解率分别为47.0%或50.0%。其对罗丹明B降解的一级动力学常数均是单纯CuMoO4的1.8倍以上。
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