基于半导体SnO2异质结光催化剂的制备与表征及其光催化性能研究

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半导体光催化技术的发现和应用使得太阳能有效地转化为电能和化学能成为现实,因而有效缓解了人类正面临的环境污染和能源短缺两大危机。SnO2作为一种重要的功能半导体材料,在光学、电学、催化、气敏、压敏、热敏、湿敏等方面均有着优异性能,故而获得了很大的重视与广泛深入的研究。近年来,不少学者开始探索氧化锡在光催化性方面的应用,并进行了大量的研究工作。然而就纯相体系SnO2光催化剂而言,其存在的主要缺点是纳米尺寸可控性差,只能被紫外光激发,光的利用效率低等。因此有必要开发新型SnO2基光催化剂,并拓宽其光谱响应范围,提高对光的吸收与利用效率。为解决上述问题,本论文研究工作主要着力于探索有效、简洁的制备方法来制备新型高效可见光响应的SnO2基光催化剂,研究SnO2纳米尺寸、复合组成和形貌等与光催化性能的内在联系。本论文主要开展了以下几部分工作:1、一步法制备尺寸可控SnO2纳米颗粒及其光催化性能研究采用一步醇热法,以SnCl2·2H2O和叔丁醇为原料,通过调变相关溶剂的使用量,制备出高分散性、粒径均匀、尺寸可控的SnO2水溶性纳米颗粒。通过XRD、UV-vis、XPS、FESEM、TEM等一系列表征测试其物理化学性质。光电催化及光催化性能结果表明,相比于商业化SnO2,通过此法所制备的SnO2纳米颗粒呈现较大的优势,且在环境催化净化及光电转换中均表现出良好的应用前景。2、离子交换法制备SnO2/SnS2异质结光催化材料及其光催化性能研究采用离子交换法制备SnO2/SnS2复合物,经由SnO2纳米粒子和硫代乙酰胺在160oC下溶剂热30h,即可制备出具有高活性复合异质结可见光光催化剂,通过XRD、BET、UV-vis、XPS、FESEM、TEM、PL等系列表征测试所合成样品的组成、形貌和表面物理化学性质。结果显示,利用该方法可以成功获得SnO2/SnS2异质结复合半导体,通过异质结禁带宽较窄的SnS2与SnO2紧密结合,使得光催化活性大大提高。在可见光照射下,所合成光催化剂对RhB的降解表现出很高的催化活性和较长的使用寿命。3、原位法制备SnO2/BiOCl复合光催化剂及其性能表征采用一步法原位合成多孔花状球形结构SnO2/BiOCl复合光催化剂,调变了其投入量、反应温度和反应时间等条件来优化复合光催化剂。通过XRD、BET、UV-vis、XPS、FESEM、TEM、PL等系列表征测试其物理化学性质,并对其光催化机理进行探讨。结果显示,由于其特殊的多孔球形结构和异质结的相互作用,该复合光催化剂在可见光下显示出很高的可见光催化性能,其能有效处理高浓度染料废水罗丹明B(RhB)溶液(100mg/L)。
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