介孔金属硫化物纳米晶自组装材料及其复合物的合成与光催化性能

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结构缺陷的引入使多孔材料在光学性质上有显著的提升。本论文合成出一系列富缺陷介孔硫化物自组装材料及其相关的复合物,并研究了光催化降解染料和荧光发光现象等光学性质。主要包括以下几个方面:1.利用超声化学辅助-盐萃取法合成了介孔硫化锌纳米材料,这种非水相比常规溶液相合成的硫化锌具有更显著的荧光效应和更好的紫外光光催化活性。反应过程中形成的硝酸钠对产物的表面进行有效的保护,保持了丰富的表面缺陷,从而带来了更多吸附反应活性位,利于载流子的复合产生光致发光及光催化反应有效进行。2.无水无醇体系下,在熔融的复合固体碱环境里合成的小尺寸硫化物纳米晶具有表面能低的特点,使晶面容易进行导向连接产生丰富的晶格缺陷,增加了吸附和反应活性位,并引起了显著的荧光效应。盐酸浸洗一方面除去了非活性的Cd(OH)2和多余残留的碱,另一方面使CdS表面附着了质子氢,在弱酸性的溶液中容易以静电相互作用吸附RhB分子,染料吸附提高了与CdS活性位上光生空穴和羟基自由基的有效接触,促进了可见光光催化反应速率和光降解效率的提升。3.使用无水无醇体系合成了硫化物/氧化钛纳米复合物,小尺寸的硫化物纳米晶在氧化钛纳米片上自组装形成介孔,且趋向于晶面导向连接,大量晶格点的错位产生了丰富的晶面缺陷,盐酸洗后获得了更好的粒子分散度和结晶度。CdS/TiO2复合物可见光光催化氧化RhB在20分钟内降解完全,快速高效的结果得益于成分的协同作用:硫化镉多孔自组装结构产生了高的比表面积和孔隙率及多点吸附反应位;盐酸洗涤引起复合材料内部结构改变和表面的质子化作用增强对可见光的吸收和染料的吸附;TiO2纳米片表面对染料基团的反应作用及作为电子接受体有效分离了光生载流子;CdS纳米晶作为光捕获剂拓宽了可见光的吸收范围。CdS/TiO2复合物还显示出荧光发射性质,考虑是由于硫化镉纳米晶表面状态能级边复合及受捕获的载流子在其内部缺陷位复合产生的。FeS/TiO2纳米复合物在使用盐酸洗后除去非活性物质和残留的碱,获得的更好的粒子分散度和结晶度。盐酸洗涤产生的复合材料表面的质子化作用增强对染料的吸附;可见光光催化氧化分解染料RhB在120分钟内完成35-60%。
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