钙钛矿基异质结的构建及其光催化去除NO的性能研究

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当前,空气污染是发展中国家面临的主要挑战之一。其中,化石燃料燃烧和汽车尾气排放的氮氧化物是引起酸雨和光化学烟雾的主要原因之一,危害生态环境安全。同时,由氮氧化物等污染物引起的空气污染日益严重,严重影响了人类的生活质量和健康。氮氧化物的传统净化技术包括吸附技术(如活性炭、硅胶等吸附剂)、热催化、生物处理、选择性催化还原技术等。然而,这类技术具有成本高,二次污染严重等问题。因此,探索一种清洁高效的新技术,以彻底去除氮氧化物等空气污染物势在必行。近年来,光催化技术在这一领域表现出了独特的优势。光催化技术可以在室温下对氮氧化物等空气污染物进行深度氧化,很少产生二次污染,在空气污染控制中具有广阔的应用前景。但常规催化剂由于其电子空穴对复合效率高,光吸收能力差等原因,阻碍了氮氧化物的高效光催化氧化。因此,需要发展新的高效催化剂。金属卤化物钙钛矿材料,具有通过改变卤化物(Cl、Br和I)的组成来调整其带隙的能力。同时,金属卤化物钙钛矿展现出高光吸收系数、高迁移率、低激子束缚能、长载流子寿命和良好的稳定性等性质,在光催化领域备受关注。但是,金属卤化物钙钛矿材料可见光响应能力弱,阻碍了其在光催化净化氮氧化物中的应用。因此,我们通过异质结的构建来改善光吸收能力、促进光生电荷分离,并在抑制电子空穴对的重组等方面对光催化剂进行了设计改进。尝试引入(Bi O)2CO3,g-C3N4等光催化材料,用于强化金属卤化物钙钛矿材料的光电性质,使其展现高效的光催化性能。本文主要研究内容如下:(1)采用沉淀法构建了Cs3Bi2Cl9/(Bi O)2CO3异质结,并对异质结的电荷分离和表界面反应机理展开了全面的研究。通过钙钛矿基异质结的构建,拓展了本底光催化材料的可见光响应范围,进而达到有效净化氮氧化物的目的。此外,通过实验与理论计算相结合的研究模式,阐明了电子传输路径,揭示了光催化氮氧化物的氧化机理。异质结结构产生的内建电场导致光生电子从(Bi O)2CO3的导带向Cs3Bi2Cl9的导带迁移,抑制了电子空穴对的复合,促进了光生载流子的分离,进而实现了光催化材料高效净化氮氧化物。同时,原位红外技术也被用来监测氮氧化物的吸附和氧化过程,以进一步揭示在异质结上氮氧化物的光催化氧化机制。(2)通过沉淀法将Cs2AgSbCl6与g-C3N4复合,构建异质结结构,并对异质结的形貌结构及其光学性质等方面展开了研究。此外,通过实验与理论计算相结合的方法,探究了异质结对氮氧化物、水分子及氧气分子的吸附活化,表明了电子传输路径,解释了光催化性能提升原因。同时,异质结材料在产生的内建电场中,光生电子通过g-C3N4的导带Cs2Ag Sb Cl6的导带迁移,抑制了电子空穴对的复合,促进了光生载流子的分离效率。因为其表面有更多的光生电荷参与到反应中,从而实现了光催化材料高效净化氮氧化物。本项工作可能为理解异质结光催化的机制提供了一个新的思路。
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