石墨烯/钛氧化物复合光催化剂的合成及其光催化性能的研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouyu2
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随着社会和经济的快速发展,环境污染和能源危机无不威胁着人类的健康与社会的可持续发展。其中工业废水的大量排放及化石能源燃烧后产生的CO2,尤为引人关注。自1972年,Fujishima和Honda等首次发现以TiO2为电极材料,在紫外光照下能催化分解水制氢以来,人们便开始研究半导体光催化剂在环境治理及解决能源问题所发挥的作用。尽管已有很多关于半导体光催化剂在有机污染物降解及CO2还原的报道,但是至今没有关于将光催化氧化及光催化还原两者技术进行耦合,即实现有机污染物的降解去除及同步资源化的报道。为了能从根本上解决环境问题,我们急需寻求一种技术,这种技术既能有效地将水中的有机污染物彻底降解,又能将其降解的最终产物CO2转化为清洁、有用的化工产品,如甲烷、甲醇及乙醇等,真正变废为宝。基于此,在本论文中我们主要研究了r GO/Sr Ti1-x FexO3-δ和GQDs/V-TiO2复合半导体光催化剂对有机污染物的降解去除并同步实现CO2资源化的性能研究。我们通过溶胶凝胶法和水热法合成了石墨烯负载铁掺杂钛酸锶复合光催化剂材料rGO/SrTi0.95Fe0.05O3-δ。实验结果表明,石墨烯的负载和铁的掺杂对SrTiO3光催化剂的活性有很大的改善。其中1%rGO/Sr Ti0.95Fe0.05O3-δ光催化剂的催化活性最好,在紫外-可见下其对RhB降解去除率可达90%,生成CH3OH和C2H5OH的速率分别是10.76和6.14μmol·g-1·h-1,其相对应的量子产率为1.53%。石墨烯量子点即是较小的石墨烯碎片,其不仅具有易合成,良好的光吸收以及光电特性,而且还具有良好的电子传输和上转换性能,基于此我们将石墨烯量子点引入到钒掺杂的介孔二氧化钛纳米微球的表面,以期提高太阳光的利用率及有效提高光生电子和空穴的分离。实验结果表明,我们成功合成了GQDs/V-TiO2复合光催化剂,石墨烯量子点的引入有效提高了光催化剂的催化活性,当石墨烯量在电的负载量为5%是效果最佳即5%GQDs/V-TiO2其产生CH3OH和C2H5OH的速率分别可达13.24和5.65μmol·g-1·h-1。本论文还对光催化降解有机污染物及CO2还原机理进行了研究,为光催化氧化与还原技术耦合在有机废水处理中的应用提供理论依据与技术支持,为实际有机废水处理及资源化提供新思路。
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