【摘 要】
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环境污染,尤其是水污染日益严重,应运而生地半导体光催化技术对环境保护以及社会可持续发展具有重要意义。但由于光催化效率较低,开发新型高效的光催化剂已成为光催化技术广泛应用的关键。目前全无机卤化铅钙钛矿因其良好的光电性能成为光电应用方面有前途的材料。然而,由于其离子结构在水中很不稳定,到目前为止还没有关于全无机卤化铅钙钛矿在水体系光催化应用的报道。本论文首先尝试将溴化铅铯(CsPbBr3)应用于光催化
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环境污染,尤其是水污染日益严重,应运而生地半导体光催化技术对环境保护以及社会可持续发展具有重要意义。但由于光催化效率较低,开发新型高效的光催化剂已成为光催化技术广泛应用的关键。目前全无机卤化铅钙钛矿因其良好的光电性能成为光电应用方面有前途的材料。然而,由于其离子结构在水中很不稳定,到目前为止还没有关于全无机卤化铅钙钛矿在水体系光催化应用的报道。本论文首先尝试将溴化铅铯(CsPbBr3)应用于光催化降解有机体系中的盐酸四环素(TC-HCl),来评估材料的光催化活性。接着对CsPbBr3表面进行改性,使用二氧化硅(SiO2)对其进行包覆构建了CsPbBr3@SiO2核壳结构复合材料,并将其成功应用于水体系下的TC-HCl的光催化降解。最后,将CsPbBr3与具有优良电荷传输特性的二氧化钛(TiO2)微球进行复合,大大的提高了其在水体系下的光催化活性与稳定性。具体内容如下:(1)本实验通过反溶剂法成功制备了全无机钙钛矿溴化铅铯量子点(CsPbBr3 QDs)。研究发现所制备的CsPbBr3在水中不稳定,易转化为类钙钛矿相Cs Pb2Br5,导致光催化活性的丧失。本实验将CsPbBr3 QDs应用于乙醇体系下可见光光催化降解,并以TC-HCl为模型反应物来评估其光催化活性。在30分钟内降解了76%的TC-HCl,这说明CsPbBr3量子点可以在乙醇中用作有效的光催化剂。通过高效液相色谱(HPLC)分析了光催化降解过程,发现CsPbBr3量子点在乙醇体系中可以选择性降解TC-HCl。测量并计算催化剂的光电转换效率和光致发光量子产率。通过捕获实验发现超氧自由基(·O2-)在光催化降解过程中起主要作用,并提出了反应机理。这项工作表明,CsPbBr3可以作为一种有效的光催化剂,用于去除有机体系中的污染物,这将有益于新型光催化剂的开发和在特殊领域的应用。(2)本实验通过简单的沉淀包覆法制备了CsPbBr3@SiO2核壳结构复合材料,并通过在可见光下降解水中盐酸四环素作为模型反应,评估了其光催化活性。结果表明,CsPbBr3@SiO2复合材料表现出增强的光催化活性。为了进一步研究光催化活性提高的原因,我们首先通过电化学方法和光致发光研究了CsPbBr3@SiO2复合材料的光电转换性能。结果表明,SiO2的加入降低了阻抗、拉低了界面反应的能垒,从而促进了光生电子的转移,增加了复合产物的光生电流,减少了光生电子-空穴的复合。通过捕获实验探索了光催化过程中的活性物质,结果表明,空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)是光催化活性物质的主要来源。本实验为首次将溴化铅铯复合物应用于光催化降解水中的污染物,该研究为拓展全无机卤化铅钙钛矿的应用和开发高效光催化剂提供了新的思路。(3)本实验通过溶剂热法制备了CsPbBr3纳米颗粒,然后将其加入到钛前驱体中包封,经过200℃溶剂热和400℃煅烧后,合成CsPbBr3-TiO2复合材料。通过在可见光照射下降解水中TC-HCl作为模型反应进行光催化降解性能测试,结果表明,掺入TiO2微球能有效的保护CsPbBr3纳米颗粒,显著提高CsPbBr3-TiO2复合材料的光催化性能,同时复合材料中单位面积上的CsPbBr3纳米颗粒越多,样品对TC-HCl的吸附效果越好。采用光电化学和光致发光性能测试研究了复合材料的光电转换特性,结果表明,TiO2的加入降低了复合材料界面处的电荷转移阻抗,有利于提高电子-空穴分离速率,进而提高光催化活性。通过捕获实验探索了光催化过程中的活性物质,结果表明空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)是光催化反应的主要活性物质。本实验为进一步开展耐水性钙钛矿复合材料及新型光催化复合材料的研究和应用开辟了新的可能性。
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