【摘 要】
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随着世界现代化进程的加快,环境污染问题变得越来越严重,半导体光催化技术被认为是解决环境问题的理想途径之一。在众多的半导体光催化材料中,TiO2因其良好的化学稳定性、无毒、成本低、易制备等特点被广泛应用于光催化领域,但光生电子-空穴对复合速率快以及光响应范围较窄严格限制了TiO2的实际应用。本论文旨在合成MOFs衍生的TiO2的基础上,通过与窄带隙半导体材料(Zn In2S4纳米片或者Cd S纳米颗
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随着世界现代化进程的加快,环境污染问题变得越来越严重,半导体光催化技术被认为是解决环境问题的理想途径之一。在众多的半导体光催化材料中,TiO2因其良好的化学稳定性、无毒、成本低、易制备等特点被广泛应用于光催化领域,但光生电子-空穴对复合速率快以及光响应范围较窄严格限制了TiO2的实际应用。本论文旨在合成MOFs衍生的TiO2的基础上,通过与窄带隙半导体材料(Zn In2S4纳米片或者Cd S纳米颗粒)复合构建异质结和引入氧空位来提高TiO2的光催化性能。1.通过以Ti-MOFs(MIL-125)为自牺牲模板实现对TiO2的形貌调控,在此基础上原位生长Zn In2S4构筑Zn In2S4/TiO2二元复合物。结果表明通过构筑异质结增大了TiO2的比表面积、拓宽了可见光响应范围、减少了TiO2带隙,抑制了光生电子-空穴对的复合。光催化实验证实该异质结的构筑有效提高了TiO2对Rh B和TC的光催化降解活性,当Zn In2S4与TiO2物质的量比为0.4:1时,Zn In2S4/TiO2-II在60 min内的光催化降解效率最高,分别达到了93%和90%,经过5次循环实验后仍具有较好的降解活性。因此,通过MOFs衍生和与Zn In2S4构建异质结可以制备高效、稳定的TiO2基光催化剂。2.在构筑Zn In2S4/TiO2二元复合物的基础上进一步沉积Cd S纳米颗粒构筑Cd S/Zn In2S4/TiO2三元复合光催化剂。结果表明,与Zn In2S4/TiO2二元复合物相比,三元复合物进一步拓宽了TiO2的可见光响应范围、加快了光生载流子对的分离和迁移速率。对Rh B和TC的光催化降解实验表明三元复合物具有比二元复合物更高的光催化活性,当Cd S与Zn In2S4/TiO2的质量比为0.5:1时,Cd S/Zn In2S4/TiO2-II在40 min内具有最高的光催化降解性能,对Rh B和TC的催化效果分别达到了95.3%和91.8%,经循环实验证实该复合物经5次循环之后对Rh B和TC的降解率仍能达到80%和74%。因此,在MOFs衍生TiO2的基础上构筑Cd S/Zn In2S4/TiO2三元复合材料可以显著提高TiO2光催化性能。3.在已合成的Zn In2S4/TiO2二元复合物的基础上引入氧空位,构筑了Zn In2S4/TiO2-X新型复合物,并对其降解Rh B的光催化性能进行研究。研究结果表明,在Zn In2S4/TiO2基础上引入氧空位可以进一步拓宽TiO2光响应范围、提高其光生载流子对的分离速率,光催化降解实验表明Zn In2S4/TiO2-X在40 min内的降解率高达94%,是Zn In2S4/TiO2复合物降解率的1.2倍,经循环实验证明Zn In2S4/TiO2-X在5次循环后仍具有良好的降解效率(73%)。故此研究表明基于MOFs衍生TiO2构筑Zn In2S4/TiO2-X复合物可以有效提高TiO2光催化剂性能。
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