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掺杂钙钛矿型复合氧化物光吸收特性的研究

作　者: 朱少坤
导　师: 吴广文
学　校: 武汉工程大学
专　业: 化学工程
关键词: SrTiO3 光催化 掺杂 钙钛矿 光吸收特性
分类号: O643.36
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 32次
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内容摘要


光催化作用可用于分解水制氢及有效降解环境污染物,为利用太阳能大规模制氢和解决环境污染问题提供了一条有效途径。光催化用核心材料光催化剂一直是国内外众多学者研究的热点,迄今为止,大部分该类光催化剂属于宽带隙半导体,仅在紫外光条件下具有光吸收活性。钙钛矿型复合氧化物因具有特殊的结构特性,作为光催化材料,受到极大重视并被广泛研究。本文选择钙钛矿型复合氧化物SrTiO3作为活性模型,研究不同掺杂离子及其离子半径、电子结构、电负性等对SrTiO3的光吸收特性及光催化活性的影响,具体内容如下:①依据离子半径、离子价态相近的原则选择Bi3+、Pb2+等对其A位掺杂,选择Co2+、Cu2+等对其B位掺杂,采用溶胶-凝胶法制备掺杂SrTiO3样品,并考察制备条件对样品晶相的影响。②采用XRD、SEM及Uv-vis等测试手段对样品进行表征,结果表明,在一定条件下制得的掺杂样品均具有SrTiO3晶相的钙钛矿结构;掺杂样品颗粒大小在100nm左右;不同金属离子掺杂样品的光吸收活性有不同程度的增强,且出现不同程度的红移,拓展了其光吸收波长范围,尤其是在A位进行Bi3+的掺杂和B位进行Co2+的掺杂,显著地提高了其光吸收活性,至700nm仍有吸收。③以高压汞灯和碘钨灯为实验光源,通过对甲基橙和罗丹明B的脱色率来考察样品的光催化活性,结果显示,不同金属离子掺杂样品的光催化活性有不同程度的提高,尤其是在A位进行Bi3+的掺杂和B位进行Co2+的掺杂,不仅使SrTiO3在高压汞灯下的脱色率提高到未掺杂时的5～6倍,而且在可见光条件下具有光催化活性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 引言  10-12
第二章 文献综述  12-24
  2.1 光催化的研究进展  12-17
    2.1.1 半导体光催化机理  12-14
    2.1.2 光催化的应用  14-15
    2.1.3 提高光催化活性的方法  15-17
  2.2 钙钛矿型复合氧化物的研究现状  17-22
    2.2.1 钙钛矿型复合氧化物的晶体结构  17-18
    2.2.2 钙钛矿型复合氧化物的能带理论  18-19
    2.2.3 钙钛矿型复合氧化物的非化学计量性  19
    2.2.4 钙钛矿型复合氧化物的表面光催化氧化  19-20
    2.2.5 钙钛矿型复合氧化物的常见制备方法  20-21
    2.2.6 钙钛矿型复合氧化物SrTi0_3 的研究  21-22
  2.3 课题的研究目的及研究思路  22-24
第三章 实验方法  24-28
  3.1 实验用主要仪器、设备  24
  3.2 实验用主要药品  24-25
  3.3 掺杂SrTi0_3 的制备方法  25-26
  3.4 SrTi0_3 及其掺杂样品的表征  26-27
    3.4.1 XRD  26
    3.4.2 BET  26
    3.4.3 Uv-vis  26
    3.4.4 SEM  26-27
  3.5 光催化活性评价方法  27-28
第四章 光催化活性评价条件对光催化活性的影响  28-36
  4.1 光源的选择  28
  4.2 染料的选择  28-29
  4.3 最大吸收波长的确定  29-30
  4.4 吸附平衡时间的确定  30-31
  4.5 催化剂用量的影响  31-32
  4.6 溶液初始pH 的影响  32-33
  4.7 染料初始浓度的影响  33-34
  4.8 本章小结  34-36
第五章 掺杂SrTi0_3的制备  36-42
  5.1 掺杂金属离子的选择  36-37
    5.1.1 A 位掺杂元素的选择  36-37
    5.1.2 B位掺杂元素的选择  37
  5.2 掺杂量的确定  37-38
  5.3 制备条件的确定  38-40
  5.4 制备方法  40-41
  5.5 本章小结  41-42
第六章 A 位掺杂对SrTi0_3的影响  42-56
  6.1 各掺杂离子对SrTi0_3 的影响  42-46
    6.1.1 各掺杂样品的Uv-vis 结果及分析  43-44
    6.1.2 催化活性结果及分析  44-46
  6.2 Bi 掺杂对SrTi0_3 的影响  46-51
    6.2.1 XRD 结果及分析  46-47
    6.2.2 BET 及SEM 结果及分析  47-48
    6.2.3 Uv-vis 结果及分析  48-50
    6.2.4 催化活性结果及分析  50-51
  6.3 Pb 掺杂对SrTi0_3 的影响  51-55
    6.3.1 XRD 结果及分析  51-52
    6.3.2 SEM 结果及分析  52-53
    6.3.3 Uv-vis 结果及分析  53-54
    6.3.4 催化活性结果及分析  54-55
  6.4 本章小结  55-56
第七章 B 位掺杂对SrTi0_3的影响  56-70
  7.1 各掺杂离子对SrTi0_3 的影响  56-60
    7.1.1 各掺杂样品的Uv-vis 结果及分析  57-59
    7.1.2 催化活性结果及分析  59-60
  7.2 Co 掺杂对SrTi0_3 的影响  60-65
    7.2.1 XRD 结果及分析  60-61
    7.2.2 SEM 结果及分析  61-62
    7.2.3 Uv-vis 结果及分析  62-63
    7.2.4 催化活性结果及分析  63-65
  7.3 Cu 掺杂对SrTi0_3 的影响  65-68
    7.3.1 XRD 结果及分析  65-66
    7.3.2 Uv-vis 结果及分析  66-67
    7.3.3 催化活性结果及分析  67-68
  7.4 本章小结  68-70
第八章 结论与建议  70-72
  8.1 实验结论  70-71
  8.2 对后续工作的建议  71-72
参考文献  72-78
发表论文  78-80
致谢  80

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 物理化学（理论化学）、化学物理学 > 化学动力学、催化作用 > 催化 > 催化剂
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