贵金属/半导体复合光催化剂的可控合成、性能及机理研究

来源 :中国石油大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:BENLAOQIAN
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环境与能源是21世纪人类面临和亟待解决的两大问题,半导体光催化技术以其可直接利用太阳能作为光源来驱动反应的特性,而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术,具有高效、廉价、安全无毒和良好的化学稳定性等特点。在众多半导体催化剂中,TiO2因其出色的光催化性质而引起广泛关注。然而以TiO2为代表的光催化剂有着许多的缺点,例如:带隙较宽,只对紫外光响应,量子产率较低等。这些问题很大程度上制约了光催化剂的实际应用。因此开发出新型的、高效的可见光催化剂及是科学家的一大关注点。贵金属沉积可以改变体系中电子的分布和传输,能极大程度上抑制单一半导体光催化剂自身的光生电子空穴对的复合,是提高TiO2等半导体光量子效率的有效途径之一。本论文针对以上情况设计了两种理念的贵金属修饰半导体型催化剂:(1)贵金属@半导体核壳结构的制备本研究利用无模板法成功制备出了Ag@CeO2核壳结构,并设计了形貌不同和壳厚度可调的Ag@CeO2核壳结构。通过XRD、TEM、DRS、PL、XPS、ESR等测试手段对所制备样品的形貌、结构以及光电性能进行了系统的测试,通过光催化产氧和光催化降解MB对其光催化性能进行评价。与纯CeO2相比,核壳结构的催化剂具有更高的光催化活性。这主要归因于Ag核的SPR效应,除此之外,大的比表面积和贵金属核壳半导体之间的紧密界面延长了光生载流子的寿命,提高了光催化活性。这为Plasmonic光催化剂在太阳能利用方面做了铺垫。(2)贵金属合金修饰半导体复合光催化剂的制备本文通过化学沉积法成功的合成了AuPd合金修饰的Cd0.5Zn0.5S和ZnO复合光催化剂,对所制备样品的结构和形貌及其光催化性能通过XRD、TEM、DRS、XPS和SPV进行测试。AuPd合金修饰后的复合光催化剂与单一半导体相比,光催化活性有了显著的提升,并且表现出良好的光催化稳定性。本文研究了不同含量的AuPd合金(0.1 wt%、0.3 wt%、0.5 wt%、1 wt%、2 wt%)对复合材料光催化性能的影响并讨论了其光催化机理。AuPd合金的存在,不仅加速了空穴-电子对的有效分离,而且抑制了光生电子和空穴的复合,从而实现氧化反应和还原反应的分离,大大提高了光量子效率,使光催化活性得以提高。
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