金属—半导体复合光催化剂的研究

来源 :大连工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhihong0223
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自半导体材料被用于污染物光催化降解以来,光催化技术用于环境污染物的降解受到了国内外学者的广泛重视。然而,以半导体氧化物(二氧化钛为代表)为基础的光催化技术还存在光催化材料的催化活性不高、量子效率较低和光谱响应范围窄等问题,使其在工业上的应用受到极大的制约。在众多半导体改性方法中,金属-半导体复合是改善半导体光催化性能的重要研究方向。本文拟以合成新型金属-半导体复合型光催化剂为研究目标,探索建立改善半导体光催化性能的有效方法,具体研究内容如下:(1)采用浸渍法合成了紫外光和可见光响应的Cu-Cu2O-CuO/AC光催化剂,以五水硫酸铜和活性炭为原料制备,并用XRD, TEM, XPS, XAES等技术对其表面性质和结构进行了表征。以活性艳蓝模拟染料废水,对催化剂进行了光催化活性分析。考察了各个制备条件对光催化性能的影响。XRD表征结果表明,AC表面Cu、 Cu2O和CuO三种不同价态的Cu物种;TEM观察显示纳米铜活性物种高分散于AC载体的表面。通过XPS和XAES进一步证实了不同价态共存的结果。此外,通过优化光催化剂合成工艺条件获得了最佳制备参数:即Cu负载量为10%,焙烧温度与时间分别为750℃和1.5h。(2)采用水热法制备了ZnO@Zn光催化剂,并进行了活性艳蓝模拟染料废水的光降解测试,利用XRD、 SEM、 PL和XPS等技术研究了催化剂的理化性质。SEM照片清楚显示了水热过程中Zn粉颗粒逐渐细化的变化过程。同时XRD结果也显示水热条件下Zn粉逐渐转变为ZnO。此外,尽管在体系中引入表面活性剂CTAB能够明显提高Zn粉的水热反应速率,但并不对所得产品光催化产生显著影响。(3)采用水热法制备了Cu掺杂型的ZnO@Zn光催化剂,同样使用XRD、 PL、XPS和XAES等手段对催化剂的结构和形貌等特征进行了表征。以活性艳蓝的降解反应测定光催化活性,结果表明,五水硫酸铜掺杂比例为2%,水热的温度控制在160℃时,水热时间为2h为反应最佳条件。XRD结果显示,水热条件下,Zn粉逐渐的转变为ZnO。同时,XPS和XAES结果分析得到,所制得得光催化剂表面存在CuO和ZnO。综上所述,本文通过Cu-Cu2O-CuO/AC^Cu-ZnO@Zn等光催化剂的制备不仅实现了非贵金属的掺杂,并且实现P-N型半导体的复合。同时有效地提高了光催化剂的催化活性。
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