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形貌调控的Bi2S3基纳米晶光催化剂合成及性能研究

作　者: 黄静
导　师: 钟新华
学　校: 华东理工大学
专　业: 应用化学
关键词: Bi2S3纳米结构 形貌控制 Bi2S3-TiO2异质结构 光催化
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


半导体纳米晶作为光催化剂在污水处理领域中有着非常重要的作用。本论文即主要研究了Bi2S3纳米结构和Bi2S3-TiO2异质结构的形貌控制合成,以及它们的光催化性能。本文第一章综述了半导体非均相光催化的基本理论及光催化剂Bi2S3纳米结构的研究进展。本文第二章主要介绍了不同维度Bi2S3纳米结构的合成及它们在降解三种典型染料时的光催化性能。本实验利用单一前驱物Bi(S2CNEt2)3在有机胺中热分解得到了高质量的Bi2S3纳米点,纳米棒和分散的单晶纳米片。通过对结构的进一步研究发现Bi2S3纳米棒和纳米片分别是由纳米点和纳米棒自组装而成的,并在此基础上提出了粘附-重结晶的生长机理。在光催化方面,这三种纳米晶体可以选择性地光降解罗丹明B,亚甲基蓝和甲基橙这三种染料,并且不同维度的Bi2S3纳米结构催化活性不同。为了提高Bi2S3在可见光下的催化效率,本文的第三章通过水热法简便地合成出了Bi2S3-TiO2异质结构。实验条件对产物的结构和形貌有着显著的影响。在优化铋源浓度,钛源与铋源浓度比例和丙酮含量等实验参数后,我们确定了使Bi2S3纳米棒对TiO2纳米颗粒负载率较高,且Bi2S3-TiO2异质结构催化性能最优的实验条件。同时,通过对比研究Bi2S3-TiO2异质结构,德固赛P 25,空白的TiO2和Bi2S3,以及二者的机械混合物的在可见光下的催化活性,我们发现Bi2S3和TiO2之间的协同作用促使了电子-空穴对的转移,从而使Bi2S3-TiO2异质结构具有优异的催化性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 前言  10-22
  1.1 引言  10
  1.2 光催化过程的基本原理  10-11
  1.3 TiO_2辅助的光催化反应机理  11-12
  1.4 光催化效率的影响因素  12-14
    1.4.1 光强度  12-13
    1.4.2 被降解物性质和浓度  13
    1.4.3 光催化剂性质  13-14
    1.4.4 光催化剂浓度  14
    1.4.5 pH值  14
    1.4.6 反应温度  14
  1.5 半导体光催化剂的改性  14-17
    1.5.1 表面光敏化催化剂  14-15
    1.5.2 金属离子掺杂光催化剂  15
    1.5.3 非金属离子掺杂光催化剂  15-16
    1.5.4 复合半导体光催化剂  16-17
  1.6 Bi_2S_3光催化剂  17-20
    1.6.1 Bi_2S_3纳米晶形貌调控合成  17-19
      1.6.1.1 单一前驱物分解法  17-18
      1.6.1.2 水热法  18
      1.6.1.3 热注射法  18-19
    1.6.2 Bi_2S_3与其他半导体的复合结构  19-20
    1.6.3 Bi_2S_3在光催化中的应用  20
  1.7 本论文研究意义与研究内容  20-22
第2章 形貌调控的Bi_2S_3纳米结构合成及光催化性能研究  22-40
  2.1 引言  22-23
  2.2 实验部分  23-24
    2.2.1 实验药品  23
    2.2.2 前驱物Bi(S_2CNEt_2)_3及其储液的制备  23
    2.2.3 Bi_2S_3纳米点的合成  23
    2.2.4 Bi_2S_3纳米棒的合成  23
    2.2.5 Bi_2S_3纳米片的合成  23
    2.2.6 Bi_2S_3纳米结构的表面修饰  23-24
    2.2.7 仪器及表征  24
    2.2.8 光催化测试  24
  2.3 结果与讨论  24-39
    2.3.1 结构与形貌  24-34
      2.3.1.1 前驱物及储液的组成  24-26
      2.3.1.2 三种维度Bi_2S_3纳米晶体的结构与形貌  26-28
      2.3.1.3 Bi_2S_3纳米晶体的生长过程研究  28-31
      2.3.1.4 实验参数对纳米结构形貌的影响  31-32
      2.3.1.5 纳米棒和纳米片的生长机理  32-34
    2.3.2 光学性质与光催化  34-39
      2.3.2.1 纳米晶体的光学性质  34
      2.3.2.2 不同维度Bi_2S_3纳米结构的光催化活性  34-36
      2.3.2.3 光催化反应的动力学研究  36-37
      2.3.2.4 吸附研究  37-39
  2.4 本章小结  39-40
第3章 Bi_2S_3-TiO_2异质结构的合成及其光催化性能研究  40-52
  3.1 引言  40-41
  3.2 实验部分  41-42
    3.2.1 实验药品  41
    3.2.2 Bi(S_2CNEt_2)_3的合成  41
    3.2.3 Bi_2S_3-TiO_2异质结构的合成  41
    3.2.4 仪器及表征  41
    3.2.5 光催化活性研究  41-42
  3.3 结果与讨论  42-51
    3.3.1 结构与形貌  42-43
    3.3.2 实验参数对产物形貌及催化性质的影响  43-48
      3.3.2.1 Bi源浓度的影响  43-45
      3.3.2.2 Ti/Bi的影响  45-47
      3.3.2.3 丙酮含量的影响  47-48
    3.3.3 光催化性质的对比  48-49
    3.3.4 能带关系及降解机理  49-51
  3.4 本章小结  51-52
第4章 论文总结  52-53
参考文献  53-63
致谢  63-64
附录  64

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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