关键词： BiO   /Bi   WO   光催化   超声   四环素  

摘要： 采用水热合成法和超声机械混合法制备了不同质量比的BiO;/Bi;WO;。对催化剂进行了结构及光电化学性能表征，并在可见光下用超声波研究了其对四环素的降解效果。结果表明，当m(BiO;)：m(Bi;WO;)=2:1时，BiO;/Bi;WO;光催化剂表现出的光催化活性最高，并且在超声和可见光联合作用下其对四环素降解的时间会大大缩短。经过6次循环试验之后，BiO;/Bi;WO;仍然表现出较高的稳定性。催化剂活性的增加归因于超声波的机械混合作用，超声波将层状BiO;分散在球形Bi;WO;上，加速了电子转移和分离。

关键词： 自洁表面   光催化   超疏水织物   棉织物  

摘要： 伴随着全球人口的增加,对于自然资源的需求日益增加。目前人类消耗的能源主要来自于煤炭、石油和天然气这一类不可再生资源。自然界目前主要的可再生资源来自于太阳能,所以对于太阳能的有效开发利用具有很重要的意义。锐钛矿型二氧化钛(TiO)作为最常见的功能材料之一,广泛应用于环境和能源的各个领域。然而,二氧化钛的一些不足限制了其大规模广泛的应用:一是较大的带隙宽度(3.2e V),二是光生载流子复合速率较快。掺杂改性TiO研究领域的发展引起了人们的极大关注,因为它们在带隙上的显著变化导致了可见光照射下量子效率的提高。到目前为止,在各种非金属和金属掺杂二氧化钛中,人们主要对掺氮、掺铁和(N,Fe)共掺杂的TiO作为可见光活性光催化剂进行了广泛的研究。对二氧化钛表面进行修饰,加入金银纳米粒子或者聚苯胺、聚吡咯等导电物质,能够提高光生载流子的迁移率。天然棉织物表面大量的羟基,可以为功能性纳米粒子在棉纤维表面的复合提供结合位点。本文主要从以下三个方面开展研究:(1)在紫外光照射下,通过苯胺聚合,成功地将聚苯胺(PANI)层包覆在二氧化钛纳米粒子(TiONPs)上。通过调整反应体系中添加的苯胺量,实现对PANI层厚度的控制。包覆有薄层PANI的TiO(PANI@TiO)在模拟阳光下表现出增强的光催化活性。将纳米复合材料PANI@TiO涂覆在丝光化处理的棉织物上,使得棉织物在阳光下具有较强的自清洁能力。此外,PANI能够使得TiONPs表面带有正电荷,棉的丝光化处理增加了表面羟基的数量,这两个因素可能促进了TiONPs在棉花上的成功包覆。这些结果为功能性纳米粒子与纤维表面界面相互作用的设计提供了新的思路。值得注意的是,PANI@TiO的简便紫外光诱导制备方法可以为实现纺织品功能化的规模化制备提供所需的大量的光催化纳米材料的简单规模化制造。(2)采用简单的方法合成了介孔SBA-15与TiO复合材料(TiO/SBA-15),制备的的TiO/SBA-15能够在可见光下催化降解罗丹明6G染料,说明其具有可见光催化活性。进一步的实验结果表明,TiO/SBA-15的光催化活性高于P25和SBA-15,并能保持良好的稳定性。TiO/SBA-15光降解活性的增强可能归因于SBA-15和TiO两种材料的协同效应。SBA-15的介孔结构增强了对待处理染料的吸附作用。另外,TiO在SBA-15孔隙中良好的分布,在光照下能够有效地催化降解染料分子。复合纳米粒子能够与与棉织物很好地结合,这可能是由于纳米粒子与棉纤维之间的静电相互作用,改性后的棉织物对于罗丹明溶液的降解具有较好的光催化降解活性。(3)制备具有超疏水性和光催化多功能性的棉织物将有利于新型自清洁棉织物的开发。为此目的,本章首先通过水热法合成了花状的TiO颗粒,随后在氨气氛围中在加热条件下实现了对TiO纳米粒子的氮掺杂。进一步,通过聚二甲基硅氧烷(PDMS)聚合物的辅助作用,通过简便的浸涂方法将制备的TiO纳米材料包覆与棉织物上,获得了具有超疏水性和光催化活性的功能性棉织物。并在模拟太阳光和可见光下考察了改性织物对油性食物污渍的去除能力,评估了织物的自清洁性能。并研究了氮掺杂工艺对增强可见光诱导的织物自清洁功能的影响。所得结果表明,PDMS和花状结构颗粒的存在,使得棉织物具有优异的超疏水性,其水接触角为156.7±1.9°。另外,涂覆的织物在模拟太阳光下显示出有效的光催化活性,促进了油性污渍的光分解。氮掺杂过程显著提高了TiO颗粒在污渍和罗丹明染料溶液降解中的光催化活性。所开发的织物在化学和物理耐久性测试中均显示出高稳定性。这项研究的成果有助于开发更有效的自清洁涂料,尤其是制备基于超疏水性和光催化活性的两种机理协同作用的自清洁纺织品,可以拓展这些功能性产品的在实际中的潜在应用。

关键词： 环氧树脂   阳离子-π   增强增韧   光催化   导热  

摘要： 自1980初以来,环氧树脂的增韧改性一直处于科学研究的前沿。尽管环氧树脂有很多优点,但是它的交联密度高,存在质脆、韧性不足等缺点,限制了环氧树脂的应用。随着人类文明进程的加快,人们对环氧树脂的性能要求越来越高,因此,设计与制备综合性能更加优异的新型环氧树脂会成为一项对科技进步具有促进意义的科学研究工作。本论文旨在获得兼具高强韧和多功能的环氧树脂。以双酚A二缩水甘油醚和三乙烯四胺为原料构筑环氧树脂基体,将吲哚环氧接枝在环氧树脂聚合物链上以降低交联密度;再分别以两种K修饰的二维材料(氮化碳和石墨烯)作为“阳离子”载体,构筑阳离子-π交联的二维材料改性环氧树脂复合材料。利用吲哚环氧和二维材料之间的“面-面”阳离子-π相互作用耗散能量,减少应力集中。首先,吲哚环氧作为二维材料的表面改性剂,促进二维材料在环氧树脂基体中的分散,阳离子-π相互作用加强二维材料和环氧基体之间的界面结合;其次,二维材料和吲哚环氧之间的阳离子-π作用会改善环氧树脂的机械性能,使其成为高强韧的环氧树脂;最后,由于二维材料拥有独特性能,可赋予环氧树脂复合材料更多的功能。本文主要从以下两个方面进行研究:(1)以双酚A二缩水甘油醚和三乙烯四胺为原料构筑环氧树脂基体,首先引入吲哚环氧制备吲哚基环氧树脂,拉伸测试结果表明吲哚环氧的含量为20%时,吲哚基环氧树脂的机械性能最佳;然后将K修饰的氮化碳(K-CN)掺入吲哚基环氧树脂中,制备了K-CN改性环氧树脂复合材料,拉伸测试结果表明K-CN掺杂量为0.5 wt%时环氧树脂的机械性能最佳。与纯环氧树脂的机械性能相比,拉伸强度增加了60.7%,断裂伸长率增加了53.4%。除此之外,K-CN改性环氧树脂复合材料还具有优异的光催化性能,复合材料在60 min内对亚甲基蓝B(MB)溶液的光降解效率达到98%;经过三次循环使用后,复合材料对MB的降解效率仍然能够达到95%以上,这些结果表明K-CN改性环氧树脂复合材料易于重复利用,有望成为实际应用中稳定可重复使用的光催化剂。(2)用双酚A二缩水甘油醚,三乙烯四胺以及20%吲哚环氧制备吲哚基环氧树脂,在上述环氧树脂里掺杂K修饰的还原氧化石墨烯(K-r GO),制备K-r GO改性环氧树脂复合材料。应力-应变曲线表明,K-r GO掺杂量为0.10 wt%时,环氧树脂的机械性能达到最佳状态,相比于纯环氧树脂,拉伸强度提升了116.6%,断裂伸长率提升了126.5%。此外,在低K-r GO掺杂量下,环氧树脂具有较高的导热系数。因此,K-r GO改性环氧树脂复合材料适用于需要高机械性能和导热性能的领域。

关键词： 氧化锡   光催化   可见光   碳   罗丹明B  

摘要： 世界的水污染问题严峻,工业废水排放量逐年增多。印染和纺织行业排放的染料废水是我国工业废水的主要组成部分,会对人体健康及自然环境造成严重危害。光催化可以借助光能使有机染料被高效降解,并且成本较低,便于操作,因而被广泛应用于有机染料废水的降解。氧化锡(Sn O)因其成本低,易制造,低毒性和高热稳定性的优点,被当作一种优良的光催化剂。但由于其带隙较宽,电子-空穴对的复合率较高,在可见光的吸收程度很低,从而限制了氧化锡在可见光条件下的光催化性能研究。因此,本文通过对氧化锡材料进行改性,使复合后的材料可以减小带隙,降低电子-空穴对的分离率,提高对可见光的相应程度,来加强氧化锡在可见光照射下降解10 mg·L的罗丹明B溶液的活性。(1)本文采用简单的水热合成法制备了新型磁性可回收的氧化锡/磁性纳米洋葱碳(Sn O/MCNOs)复合材料。用X射线衍射测试(XRD)、X射线光电子能谱测试(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试(BET)、磁滞回线测试(VSM)、紫外可见光漫反射测试(UV-vis DRS)、傅里叶红外光谱测试(FT-IR)和电化学测试对材料的晶体结构、元素、微观形貌、孔径分布和比表面积、磁性、光吸收性能、官能团以及光电性能进行了表征,确定了材料的成功制备,顺磁性,可见光响应的增强,以及光电性能的提升。研究结果表明,由于磁性纳米洋葱碳的超导性抑制电子-空穴对的复合,以及氧化锡同磁性纳米洋葱碳复合后形成的异质结提高了电子迁移能力,使复合物的光学性质与Sn O单体相比有明显提高。在模拟太阳光照射下,在10 mg·L的罗丹明B溶液中投加0.5 g·L的含MCNOs质量百分数为4%的复合物,光催化降解率可达96%,同时复合材料的循环稳定性也很好。用自由基捕获实验说明Sn O/MCNOs光催化降解罗丹明B的过程中,参加了反应的自由基有空穴,超氧自由基以及羟基自由基,其中对光催化降解过程影响最多的是自由基空穴。(2)本文采用水热合成法和热缩合法,成功的制得了氧化锡/网状碳(Sn O/RCs)的复合材料。用X射线衍射测试(XRD)、X射线光电子能谱测试(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测试(BET)、紫外可见光漫反射测试(UV-vis DRS)、傅里叶红外光谱测试(FT-IR)和电化学测试对材料的晶体结构、元素、微观形貌、孔径分布和比表面积、光吸收性能、官能团以及光电性能进行了表征,确定了材料的成功制备,可见光响应的增强,以及光电性能的提升。研究结果表明,由于引入网状碳而使材料比表面积和孔隙结构增多,以及氧化锡同网状碳复合后形成的异质结提高了电子迁移能力,使复合物的光学性质与Sn O单体相比有明显提高。在模拟太阳光照射下,在10 mg·L的罗丹明B溶液中投加0.5 g·L的含RCs质量百分数为3%的复合物,光催化降解率可达93%,同时复合材料的循环稳定性也很好。用自由基捕获实验说明Sn O/RCs光催化降解罗丹明B的过程中,参加了反应的自由基有空穴,超氧自由基以及羟基自由基,其中空穴对光催化降解过程影响最大,超氧自由基影响次之。

关键词： 复合材料   NaTaO3   异质结   光催化   降解   UCNPS  

摘要： 随着全球工业化进程的推进,环境污染问题日渐严重,成为制约经济发展的主要因素,如何绿色高效地解决污染问题成为当今研究的热门方向。20世纪80年代,有报道钙钛矿型NaTaO半导体材料可以吸收紫外光的能量,通过氧化还原反应降解水中的有机污染物,具有非常广阔的应用前景。但是太阳光谱中,紫外光只占据很少的一部分(≈7%),因此,本文将如何提高NaTaO催化剂的光响应范围、提高光催化活性作为研究的重点,通过构造异质结,多元复合等方式合成高性能的光催化剂。主要内容如下:(1)采用水热法制备了NaTaO-TaO复合催化剂,发现反应温度为160℃,反应时间为11小时制备的复合催化剂中TaO和NaTaO具有最适合的比例,在紫外光照射下降解罗丹明B的效果最好。然后以氧化石墨烯为原料,抗坏血酸L-AA为还原剂,采用机械搅拌法制备了NaTaO-TaO/RGO复合材料。使用SEM、XPS等表征方法,显示NaTaO-TaO均匀分布在RGO表面,通过XPS分析异质结界面形成了新的Ta-O-C键,其中GO的加入量为3%wt的复合材料,可见光照射3小时后,罗丹明B的降解率可达90%。这主要归因于NaTaO-TaO/RGO构造的异质结结构能降低禁带宽度,拓宽光响应的范围,并且RGO能提高光生电子的迁移速率,提高光催化性能。(2)采用热解法制备了六方相的Na YF:Yb,Tm上转换纳米颗粒(UCNPS),它可以吸收部分红外光转换为可见光。通过对制备条件的研究,发现反应温度为330℃、反应时间为30分钟、Tm的掺杂量为0.5%mol Na时,上转换材料的荧光强度最高。然后采用水热法以葡萄糖为原料,柠檬酸为还原剂合成了NaTaO-TaO/UCNPs@C复合材料,使用SEM、UV-Vis、PL、XPS、电化学分析等表征证明,碳点(CQDs)均匀分布在NaTaO-TaO/UCNPS复合材料表面,当葡萄糖、柠檬酸、UCNPS的加入量分别为360mg、90mg、20mg,反应时间为12h,反应温度为180℃时,制备的复合材料具有最好的降解效果,在太阳光照射3h时,罗丹明B的降解率达到80%。通过捕获剂实验表明空穴(h)和羟基自由基(·OH)是降解反应的主要活性物质。光催化效果的增强归因于CQDs的引入有利于光生电子的转移,抑制半导体内部电子-空穴复合;同时UCNPS能吸收部分红外光能量,转换成可见光被NaTaO-TaO@C材料吸收,拓宽了复合材料的光响应范围,三种组分协同作用,提高了NaTaO的光催化活性。

关键词： 溴氧化铋复合物   光催化   还原   光驱动水蒸发  

摘要： 环境污染和新能源的开发利用是当今社会面临的巨大问题,使用光催化剂对污染物进行光催化降解是目前行之有效的方法。自然界存在许多可被开发利用的清洁能源,太阳能就是其中之一,目前对太阳能的利用主要集中于光化学、光电及光热转化等方面。溴氧化铋作为一种新型半导体材料,其制备方法多样,禁带宽度小,具有特殊的层状结构,具有可见光响应,太阳能吸收转化作用强,在太阳能转化领域具有重要应用。目前,溴氧化铋的制备多以硝酸铋作为铋源,且集中应用于光催化领域,未见其在光热驱动水蒸发领域研究的系统报告。针对上述问题,本文以溴氧化铋为研究对象,展开如下研究工作:(1)以高纯铋粉作为铋源,采用水热法制备溴氧化铋。XRD、SEM、TEM等形貌成分表征分析结果表明:所得粉末为具有片状结构的溴氧化铋。将制得的溴氧化铋粉末用于光催化降解罗丹明B,样品光催化作用明显。通过改变水热过程中溶液pH值,制得了BiOBr/BiOBr复合粉体,与纯BiOBr粉末相比,BiOBr/BiOBr复合粉体的光吸收能力、比表面积均得到增加,其光催化能力也得到增强。(2)使用硼氢化钠将BiOBr还原,对还原所得样品的光热驱动水蒸发性能进行了研究。XRD、SEM、TEM等形貌成分表征分析结果表明:由于Na BH的还原作用,BiOBr纳米片逐渐转变为金属Bi纳米片,且纳米片由致密结构转变为疏松多孔结构。光热驱动水蒸发实验结果表明:经过20 mg Na BH所得的Bi/BiOBr复合纳米片粉体的光热驱动水蒸发性能最优,其在一个太阳光强照射下的水蒸发速度可达2.18 kg·m·h,且循环稳定性良好。这明显优于BiOBr和Bi纳米片粉末的光热驱动水蒸发性能。进一步分析认为原因有两方面:一方面,金属Bi的复合能够增强粉末的光吸收性能;另一方面,与BiOBr及Bi纳米片粉末相比,Bi/BiOBr复合纳米片粉末具有显著的疏松多孔结构,这种疏松多孔结构有利于捕获太阳光及增大水蒸发面积,从而有利于获得优异的光热驱动水蒸发性能。本论文研究有助于发展新型的BiOBr制备方法,并为BiOBr在太阳能光热转化领域的应用提供参考。

关键词： 光催化   TCPP   自组装   金属有机框架   Cr(Ⅵ)还原  

摘要： 半导体光催化技术对解决目前全球环境问题具有巨大的潜力,相对于传统无机半导体,有机半导体因其无可比拟的优势在近年来引起了广泛关注。本文探索了含有5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)两种类型的光催化剂:石墨烯量子点修饰自组装TCPP与部分卟啉配位修饰的MOFs TCPP-UiO-66-NH;成功克服了单体TCPP产生的光生载流子易复合与NH-UiO-66可见光响应范围窄的缺点,并且就光催化解决环境问题方面展现了比较高效、稳定的性能。同时,本文采用多种表征手段对自组装TCPP与石墨烯量子点修饰后光催化材料的光电性能、组成形态、能带结构以及光催化活性等展开了全面而深入的研究。将预先制备的自组装TCPP的纳米棒石墨烯量子点在p H=1的酸性溶液中超声复合。通过表征发现,石墨烯量子点均匀分布在自组装TCPP纳米棒的表面,并且石墨烯量子点的修饰不会引起自组装TCPP的结构与禁带宽度的变化。在氙灯全光照射的条件下,对20 ppm有机物污染物的降解效率达到85%,是自组装TCPP的1.6倍,同时表现了优异的光催化性能稳定性。活性检测发现,自组装的TCPP的活性物种有超氧自由基(·O)、羟基自由基(·OH)以及单线态氧(O),而加入石墨烯量子点修饰后的自组织TCPP产生的·O与·OH的量急剧上升,且检测没有发现O的存在。因此,本文就石墨烯量子点的修饰后,自组装TCPP光催化剂的载流子的分离形式进行了分析,并提出了可能的光催化降解机理。以TCPP部分配位修饰NH-UiO-66设计出了一种集吸附与光敏于一体的多元MOFs TCPP-UiO-66-NH用于六价铬离子(Cr(Ⅵ))的光催化还原。探究了TCPP含量、p H及光吸收范围对TCPP-UiO-66-NH光催化还原Cr(Ⅵ)的影响,发现TCPP修饰后,TCPP-UiO-66-NH的光催化吸光范围拓宽至可见区域,且光催化性能在15 mg TCPP修饰达到最大,在p H=1条件下,80分钟拥有近100%光催化还原Cr(Ⅵ)的性能,一级降解动力学常数是NH-UiO-66的10倍;与全光照射下TCPP-UiO-66-NH的光催化性能对比,TCPP-UiO-66-NH在可见的光的照射下,性能基本没有变化。最后,本文就引入TCPP修饰后的TCPP-UiO-66-NH结构与性能之间的关系进行了分析,并提出了可能的光催化还原Cr(Ⅵ)的原理。

关键词： 苯并噻二唑   细胞成像   光催化   苯并咪唑类化合物  

摘要： 供体-受体-供体(D-A-D)型荧光染料结构易于修饰、吸收与发射波长易于调控、斯托克斯位移大,广泛用于荧光传感、有机发光二极管、有机太阳能电池等领域。该类荧光染料分子在稀溶液中表现出荧光量子产率高和光稳定性强等优点,但在固态时因分子间π-π堆叠效应,其荧光强度显著降低甚至完全消失。因此,合理设计并开发新型D-AD荧光染料,使其兼具固、液发光特性,并将其应用于生命体系检测及光催化有机合成领域是目前研究的热点之一。本文以苯并噻二唑衍生物为缺电子核心骨架,偶联不同供体结构片段(三苯胺、苯甲醚及苯甲酸甲酯),构建系列发光效能优异的新型D-A-D染料,并对其在生命体系的荧光成像及小分子催化合成性能进行了深入探索。具体研究内容概述如下:1、新型D-A-D荧光染料设计构建、光谱分析及生物成像研究。以苯并噻二唑衍生物(BTD)为受体单元,三苯胺、苯甲醚或苯甲酸甲酯为供体单元,设计构建3种兼具优良液、固发光性能的新型D-A-D荧光染料BTD-N、BTD-O和BTD-Z,发光区域覆盖绿、橙、红三大生物检测常见光谱区域。通过理论模型构建,深入剖析染料结构与其光谱性能间的内在关联,提出调控该类染料光谱性能的实用策略。此外,活细胞荧光成像实验表明,染料BTD-O和BTD-Z可顺利穿透细胞膜,实现细胞内状态的荧光表达。2、新型D-A-D荧光染料光催化构建苯并咪唑衍生物研究。拓展染料BTD-Z应用于光催化邻苯二胺与取代苯甲醛环化构筑苯并咪唑衍生物的反应,探究合成条件及不同取代基对其催化活性的影响。研究发现,455-460 nm波长辐照下染料BTD-Z对16种取代苯甲醛均具有良好的光催化活性(产率>80%),底物普适性强。

关键词： 电镀废水   CaF2   上转换   光催化   除氯剂  

摘要： 能源短缺和环境污染是当今世界人类所面临的严重问题。开发有效的环境污染控制技术,来应对这些严峻的挑战并确保可持续发展成为重中之重。太阳能具有无污染、取之不尽用之不竭等特点,被认为是世界上最有前途的可再生能源之一,而利用太阳能的光催化技术被认为是解决能源危机和环境污染的有效技术之一。但一般的光催化材料光能利用率低,只能利用太阳光中占很少量的紫外光和一部分可见光,这已成为制约光催化剂发展的主要问题之一。为解决上述问题,研究人员采用了金属掺杂、非金属掺杂、半导体耦合等方法来提高光催化材料的光能利用效率。将近红外光有效地转换为可见光和紫外光的过程称为上转换发光,而稀土离子因其独特的d、f电子轨道结构而受到广泛关注,在半导体材料上掺杂稀土元素制备得上转换光催化剂可实现太阳光谱的宽光谱吸收从而提高光催化效率。典型的上转换材料主要由激活剂(Er、Tm)、敏化剂(Yb)和承载稀土离子的基质材料组成。氟化物因其低声子能量和高稳定性而引起许多研究者的关注,其中CaF是最有前景的宿主基质之一,因为Ca的来源丰富且非常便宜。因此在制备过程中可以引入氟离子与铁氧体中的Ca相结合形成CaF,作为上转换稀土离子掺杂的基质材料,从而达到资源利用的目的。Bi OCl是一种由片层组成的正方层结构,通过Cl原子沿c轴的非键作用堆叠在一起。Bi OCl因其优异的光学、力学,已广泛应用于光催化废水处理。高氯废水中含有大量氯离子,通过氧化铋基除氯剂与其反应,产生Bi OCl,在此基础上引入稀土离子和磁性基质,使除氯后的产物具有优异的上转换发光特性,同时还拓宽了Bi OCl的光响应范围,提高了光催化效率。近年来,利用上转换发光材料与光催化材料复合成为研究热点。本文基于电镀废水资源化利用,借助铁氧体法从电镀废水中制备复合铁氧体(M-FeO),以此为磁性基质与稀土掺杂CaF和半导体材料复合,制备了具有宽光谱吸收特性的新型磁性上转换光催化材料和除氯剂,并对废水中抗生素和氯离子进行去除。主要研究内容如下:(1)利用铁氧体法和共沉淀法制备了M-FeO/Tm/Yb-CaF/Ti O磁性上转换光催化材料。上转换光催化材料由(CaYb)F、锐钛矿型Ti O和M-FeO组成,样品在980 nm近红外光照射下能够发出蓝光(476 nm)、红光(649 nm)和近红外光(700 nm)。M-FeO/Tm/Yb-CaF样品的上转换发光强度很低,而M-FeO/Tm/Yb-CaF/Ti O上转换强度明显增强,其蓝光(476 nm)和近红外光(700 nm)强度分别为M-FeO/Tm/Yb-CaF的16倍和53倍左右。所有样品都具有宽光谱吸收性能。在对抗生素环丙沙星的光催化降解实验结果表明,M-FeO/Tm/Yb-CaF/Ti O上转换光催化材料在全光谱和可见-近红外光照射下对环丙沙星的降解率分别为87.3%和51%,在近红外光(λ≥780 nm)照射下对环丙沙星的降解率为10%。在对垃圾渗滤液的降解实验中,对比未光照情况下,COD和氨氮去除率都有明显提升。样品的稳定性试验表明经过5次循环后,环丙沙星降解率仍可达到84%。此外,M-FeO/Tm/Yb-CaF/Ti O样品的浸出毒性试验结果表明,上清液中Cr、Fe、Ni、Cu和Zn的浓度远低于国家规定值,所有M-FeO/Tm/Yb-CaF/Ti O样品都是安全的。(2)以电镀废水为原料,采用铁氧体法制备含Ca复合铁氧体,并通过共沉淀法制备得到了M-FeO/Er/Yb-CaF/BiO上转换发光除氯材料。上转换除氯材料由(CaYb)F、BiO和M-FeO组成,其本身具有很强的紫外吸收强度,禁带宽度为2.91 e V。M-FeO/Er/Yb-CaF/BiO在980 nm激光激发下能够发出350和407 nm的紫光,520 nm和540 nm的绿光,同时也可发出654 nm的红光。此外,样品除氯完成后的仍然具有很强的上转换发光强度。在对含氯废水的降解实验表明,在p H=1的条件下,所有除氯剂的除氯效率均在95%以上。在全光谱光照射下,对比未光照条件,除氯效率提升10%。在对实际含氯废水的降解中,在60 min内,除氯效率在99%以上。循环除氯实验结果表明,6次循环后,样品的除氯效率仍高于85%。此外,浸出毒性试验结果表明,Fe,Cr,Cu和Bi的浓度远低于国家规定值,表明所有样品均具有良好的安全性。

关键词： 氢气   HNb3O8纳米片   局域表面等离激元   光催化   助催化剂  

摘要： 全球化和工业化的快速发展,使得能源危机和环境污染问题成为人类不得不面对的两大问题。寻找绿色可持续能源是解决这两个难题的有效途径之一。氢能是世界公认的新一代清洁能源,因其高效、污染少、可循环使用而引起人们的广泛关注。半导体光催化制氢(H)技术是实现可持续制备氢气的一种有潜力的技术,该技术的核心问题是开发高效、廉价的半导体催化剂。铌酸(HNbO)是一种层状固体酸,其层状结构更加有利于光生载流子分离和迁移,是一种较好的光催化剂,但是其光催化活性还需进一步的提高。本论文以铌酸纳米片为基础,通过对其掺杂改性使其对水裂解析氢表现出优良的光催化性能。本论文的主要工作如下:以商业的NbCl为铌源,MoCl为钼源,通过水热法合成了HNbO纳米片和Mo掺杂的HNbO纳米片光催化剂(MoNb),采用一系列技术手段对合成的样品进行了详细表征,并研究了其光催化析氢活性。XRD、Raman、FT-IR、SEM、AFM和TEM的表征结果说明:我们成功合成了HNbO纳米片和MoNb纳米片光催化剂,Mo(V)被同晶取代到HNbO纳米片的晶格中。XPS和ESR的表征结果表明了各元素的化学状态,且配位不饱和Mo是其可见光吸收中心和光催化活性位点。UV-vis-NIR、Mott-Schottky、VB-XPS和UPS光谱分析了各催化剂的能带结构,结果表明:由于Mo的掺杂,MoNb表现出了较强的局域表面等离激元效应(LSPR),MoNb对可见光和近红外光的吸收得到了增强。光催化析氢的测试结果与表征结果一致:MoNb-10表现出了最强的析氢速率(180.3μmol gh),是纯HNbO(28.4μmol gh)的6.3倍。为了研究光催化剂的反应机理,在不同波长范围的光源照射条件下,研究HNbO和MoNb-10纳米片的光催化析氢活性,结果表明:MoNb催化剂的LSPR效应导致材料表面温度升高,而温度升高显然可以有效地促进光生载流子(h-e)的分离和运输,并且提供了紫外光激发的光生电子-空穴对迁移所需要的额外动能,从而提高了MoNb的光催化析氢活性。以商业的NbCl为铌源,通过水热法一步合成HNbO纳米片,然后分别通过光沉积和浸渍的方法在HNbO纳米片上负载一定量的Ag,制备了Ag/HNbO-pp(光沉积)和Ag/HNbO(浸渍方法)光催化剂,对合成的两种催化剂进行了详细的表征,并研究了其光催化析氢活性。XRD、FT-IR、SEM和TEM的表征结果说明我们成功合成了负载Ag的HNbO纳米片催化剂。XPS的表征结果表明了各元素的化学状态。UV-vis-NIR和Mott-Schottky分析了各催化剂的能带结构,结果表明:由于Ag的引入,Ag/HNbO催化剂表现出了较强的LSPR效应,对可见光和近红外光的吸收得到了增强。光催化测试的结果与表征结果一致,浸渍方法制备的Ag/HNbO表现出了较强的析氢速率(889.7μmol gh),是纯HNbO的31.3倍(28.4μmol gh)。用柠檬酸和尿素通过水热法制备了氮掺杂的石墨烯量子点(NGQDs),并在合成HNbO纳米片的过程中加入一定量的NGQDs,制备了NGQDs-HNbO光催化剂。XRD、FT-IR和SEM的表征结果表明:我们成功合成了NGQDs-HNbO纳米片催化剂。XPS的表征结果表明了各元素的化学状态。光催化析氢测试结果表明:100NGQDs-HNbO表现出最强的析氢速率(243.3μmol gh),是纯HNbO的8.6倍(28.4μmol gh),这是因为可见光和红外光光源提高了反应体系的温度,从而加快了反应速率。