复合半导体催化剂的制备与可见光催化性能的研究

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目前,环境污染尤其是水污染越来越严重,而引起水污染的一个重要源头就是有机污染物的排放。在常温常压下,光催化降解技术可以促进有机污染物的化学分解,而且对环境没有污染,还可以起到杀菌、净化空气的作用,并且具有安全性和持久性。所以,开发新型的光催化剂成为处理水中有机污染物的关键环节。  本文综述了半导体光催化技术的研究和应用进展,介绍了半导体光催化的原理、影响半导体光催化活性的因素以及复合光催化剂的制备方法。利用不同带宽的CdS、Bi2S3、InVO4、TiO2材料,通过水热法、溶剂热法和混合溶剂热法制备了三种复合半导体光催化剂,并利用X射线衍射(XRD)和紫外可见漫反射(UV-DRS)分别对材料的晶体结构、材料的纯度和材料的光学性能进行了表征,利用X射线光电子能谱分析(XPS)、电子扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对材料的表面形貌进行了表征,通过对不同染料的光催化降解,研究了复合催化剂的光催化性能,筛选出具有良好光催化降解性能的材料。  本论文主要研究内容如下:  1.以InCl3·4H2O、NH4VO3、Cd(NO3)2·4H2O、硫代乙酰胺为原料,采用水热法制备了CdS,采用混合溶剂热法制备了InVO4和InVO4/CdS复合光催化剂。优化了实验条件,详细考察了CdS的掺杂量对催化剂光催化活性的影响。当InVO4与CdS的掺杂比例为1∶4时所合成的InVO4/CdS,在可见光照射7h时对15mg·L-1甲基橙水溶液的降解率达到了96.4%。  2.以InCl3·4H2O、NH4VO3、Bi(NO3)3·5H2O和硫脲为原料,采用水热法制备了Bi2S3,采用混合溶剂热法制备了InVO4和InVO4/Bi2S3复合物。在可见光照射下测试了InVO4/Bi2S3对RH-B光催化降解性能,结果表明:与InVO4、Bi2S3相比,InVO4/Bi2S3复合物具有更高的光催化活性,且InVO4/Bi2S3(1∶3)催化效果最优。  3.以P25-TiO2、Cd(NO3)2·4H2O、硫脲、乙二胺为原料,采用溶剂热法合成了不同配比的TiO2/CdS复合材料。实验表明,CdS的引入降低了光生电子空穴对的复合效率,大大提高了复合材料的光催化性能,且TiO2与CdS的掺杂比例为1∶6时催化性能最佳,对15mg·L-1甲基橙水溶液的降解率在5h达到了99.4%,对15mg·L-1RH-B水溶液的降解率在2h达到了99.8%。
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