论文部分内容阅读
半导体光催化技术可以利用太阳能降解水体中有机污染物或者光催化分解水制备H2来解决人类面临的环境污染和能源危机两大问题。钙钛矿型化合物是一种性能优良的光催化剂,具有性能稳定、无二次污染、无毒等优良特性,从而受到学者的广泛关注。但是目前合成的钙钛矿型光催化剂的吸收光谱普遍集中在紫外光谱区,不能高效地利用太阳能,因此拓宽光响应范围并提高钙钛矿型光催化剂的光催化性能是当前研究的热点问题。本论文采用溶胶-凝胶法成功合成了两种具有典型钙钛矿结构的光催化剂:SrTiO3纳米颗粒和SrZrO3纳米颗粒。通过对SrTiO3和SrZrO3进行元素掺杂,成功拓展了催化剂的光吸收范围并提高了其光催化性能。本论文的主要研究内容如下:1.通过改进的溶胶-凝胶法制备工艺,成功合成了SrTiO3纳米颗粒。对SrTiO3纳米颗粒进行了单元素掺杂,研究了不同元素掺杂对SrTiO3光催化剂光响应范围的影响,并分析了杂质能级的作用。用亚甲基蓝溶液（MB）作标记物,得到了不同样品在可见光照射下对MB溶液的降解率,分析了影响光催化效率的因素和内部机理。由于元素掺杂,SrTiO3纳米颗粒的禁带宽度减小至2 eV左右,样品对光的响应由紫外光区红移到了可见光区,可以在可见光照射下降解MB溶液。2.研究了元素共掺杂对SrTiO3光催化性能的影响。单元素掺杂SrTiO3时,由于被取代离子的价态与掺杂离子间会有差异,所以为了保持电荷平衡,容易在SrTiO3晶格内产生缺陷,这些缺陷可能作为复合中心提高光生电子和空穴的复合几率,降低催化剂的光催化性能。元素共掺杂可以通过平衡电荷来减少缺陷,从而提高光催化性能。对SrTiO3共掺杂La和Ni元素,提高了SrTiO3对MB溶液的降解速率。3.对SrZrO3纳米颗粒进行单元素掺杂,研究了Mo或Cr元素对SrZrO3光催化剂光响应范围和光催化性能的影响。由于杂质能级的影响,Mo或Cr掺杂可以使样品的吸收边发生红移,扩大了SrZrO3对光的响应范围,提高了SrZrO3对MB溶液的降解速率。4.对制得的钙钛矿型光催化剂降解亚甲基蓝溶液的实验进行了准一级动力学拟合,得到降解规律,并分析其循环降解性能。结果表明经元素掺杂的SrTiO3和经元素掺杂的SrZrO3光催化剂重复使用三次后,其降解率均为原降解率的85%以上,是高效稳定的光催化剂。