基于Keggin多酸复合材料的制备及其光催化性能研究

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近年来,基于半导体材料并利用可见光能量的低成本光催化剂开发已经吸引了众多在能量产生和环境修复方面的兴趣。Keggin型多酸H3PW12O40和H3PMo12O40因其突出的结构特点与优异的氧化还原能力并作为典型的半导体光催化材料,在光催化技术中展现出理想的性能。本文通过复合改性与金属有机框架二茂铁络合的方法构成新型类光芬顿催化剂,极大地提高了原始多酸的光催化活性。主要研究内容如下:(1)通过溶剂热法合成了新型K3PMo12O40/Bi VO4光催化剂。通过物理表征研究了所制备光催化剂物相结构,形貌和光学性质。结果表明Bi VO4均匀地分布在K3PMo12O40表面,并形成异质结结构。在紫外光驱动下,K3PMo12O40/Bi VO4光催化降解四环素和罗丹明B的效率较高,可达到73.5%和95.8%。同时在四个循环后保持相似的光催化反应性,显示出良好的催化稳定性。(2)通过溶剂热法制备了高效的二元K3PW12O40/Bi VO4异质结材料。所获得的K3PW12O40/Bi VO4对甲硝唑和罗丹明B的光降解显示出较高的催化活性,WB-4在120 min内光降解90.0%的甲硝唑。由于形成了异质结结构,导致该材料光诱导载流子有效分离,并拓宽了光吸收范围,提高了空穴氧化能力和电子还原能力,从而改善了光催化活性。此外,自由基捕获实验表明,·OH和h+是催化系统中的主要活性自由基。(3)通过共沉淀和水热法制备了K3PW12O40和CdS纳米粒子作为异质结共轭材料。表征测试显示,CdS成功地负载在K3PW12O40微球上且K3PW12O40和CdS之间异质结的形成促进了光生电荷分离效率。此外,该材料对Cr(Ⅵ)的光还原效率可达到98.3%,去除四环素和罗丹明B的效率为87.3%和81.4%,表明该异质结材料在可见光照射下具有显著增强的光催化活性和良好的稳定性。此外根据实验分析,阐明了所制备光催化剂可能的光催化反应机理。(4)通过共沉淀法在溶液中成功制备了类光芬顿剂Fe(C5H52-PW12O40和Fe(C5H52-PMo12O40,并充分研究了材料结构与催化活性之间的内在联系。通过非均相类芬顿工艺进行了Ph OH和DCP的氧化,结果表明Fc PW催化剂可在60min内完全将其氧化,表现出极其优异的催化活性。基于实验结果分析,提出了一种可能的类光芬顿机制。因此,本论文通过以上复合改性及类光芬顿剂的制备,成功改善了多酸的光催化活性,提高了其在光催化领域的应用价值。
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