论文部分内容阅读
半导体光催化技术由于其高效、无毒、无二次污染等优点已成为一种极具潜力的环境净化技术。传统的TiO2光催化剂由于不能利用可见光、量子效率低等缺点,限制了其在工业上大范围的应用。开发新型高效的光催化剂已成为光催化领域的热点课题,对于保持光催化技术的可持续发展具有重要意义。近年来一些具有烧绿石结构的光催化材料逐渐引起研究人员的注意,其开放性的结构,使得其组成和晶体结构可以进行广泛的调整,有利于改善光生载流子的传输效率,有效地提高其光催化活性。本研究团队已开发出一种具有烧绿石结构锑酸锶(Sr1.21Sb2O6.18)光催化剂,紫外光照下对有机污染物的降解率远高于P25,光催化气相降解苯的量子效率高达20%。但由于其带隙较宽(4.56 eV),太阳光利用率低,本项目重点研究提高锑酸锶材料的太阳光利用率,开发能高效利用可见光的新型锑酸盐光催化材料。本文采用简单离子交换法,制备出新型锑酸盐可见光光催化材料。以液相光催化还原脱色偶氮类染料以及选择性还原硝基苯类化合物为模拟反应,对其光催化性能进行详细的研究,并阐述了其可能的光催化机理。用热重法分析热处理后样品中结晶水的含量,与紫外光(254nm)下气相降解苯的光催化活性相关联,初步探讨了Sr.21Sb2O6.18晶格中的结晶水对光催化活性的影响,并提出了一种可能的影响机理。论文得到的结果如下:(1)通过简单离子交换法,制备了 Sn2+掺杂的Sr1.21Sb2O6.18(SnSbO),带隙从4.5eV减小到2.4eV,吸收光谱扩展到了可见光段,平均粒径为13nm,结合Mott-schottky法对平带电位的测定和禁带宽度,确定了 SnSbO的导带电势为-0.366 V(vs.NHE),价带电势为2.03 V(vs.NHE);(2)SnSbO在液相还原偶氮类染料表现出优异的活性,模拟太阳光下6 min可将MO还原至无色;首次将烧绿石锑酸盐应用于光催化还原硝基苯类化合物,实验表明,20 min SnSbO光催化还原对硝基苯胺的转化率高达96%,对其他硝基苯类化合物具有普适性,电子是主要的驱动物种;(3)Sr1.21Sb2O6.18晶格中的结晶水可能是其具有高效气相光催化降解苯活性的重要因素。本论文的创新点:(1)运用简单离子交换法制备出新型锑酸盐可见光光催化材料Sn2+掺杂的Sr1.21Sb206.18,首次将其运用到光催化还原硝基苯至对应的胺基苯类的有机合成领域。(2)提出含结晶水的烧绿石结构中结晶水促进光生载流子分离的一种可能机制。