近年來,半導(dǎo)體光催化劑的發(fā)展欣欣向榮,二維材料的基礎(chǔ)研究和技術(shù)路線得到了長足的發(fā)展,在廣泛的使用中也顯示出優(yōu)異的性能。對于二維半導(dǎo)體材料的光催化研究是解決目前環(huán)境問題的途徑之一,而二維氧化鈦納米材料（TiO₂）也被公認(rèn)為是最有開發(fā)前景和應(yīng)用潛力的環(huán)保型光催化材料。二維氧化鈦納米片（TNs）作為半導(dǎo)體光催化劑,具有廉價、穩(wěn)定性好、可重復(fù)使用等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。但由于自身的電子-空穴對無效復(fù)合率較高、可見光利用率低、禁帶寬度較大等,限制了其在光催化降解有機(jī)物和產(chǎn)氫方面的使用。為了提高氧化鈦納米材料的光催化活性,解決催化劑的回收難題和滿足應(yīng)用需求,本文提出采用層層自組裝（LbL）方法,在石英基底表面規(guī)則地制備有序的[氧化鈦（TNs）/聚電解質(zhì)（聚丙烯基胺鹽酸鹽PAH、聚二烯丙基二甲基氯化銨PDDA、聚賴氨酸PLL）]有機(jī)無機(jī)復(fù)合光催化結(jié)構(gòu),研究有機(jī)聚電解質(zhì)對于無機(jī)氧化鈦納米片性能影響的機(jī)理,探究各組分的協(xié)同效應(yīng)、復(fù)合結(jié)構(gòu)的性能變化規(guī)律。本文采用有機(jī)溶劑溶脹剝離法,將高溫固相合成的鈦酸鹽前驅(qū)體剝離成單層和少量多層的氧化鈦納米片,將其作為組裝基元,與聚電解質(zhì)PA...

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1半導(dǎo)體光催化機(jī)理示意圖(Karthikeyan C,2020)

半導(dǎo)體的性質(zhì)介于導(dǎo)體和絕緣體之間,在其特殊的能帶結(jié)構(gòu)中,能量較低的價帶(VB)和能量較高的導(dǎo)帶(CB)之間存在一個禁帶(BandGap)。半導(dǎo)體材料的光催化反應(yīng)主要經(jīng)歷三個階段,如圖1-1所示:

圖1-2 p-n型異質(zhì)結(jié)復(fù)合半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)示意圖(M.Jaroniec,2017)

半導(dǎo)體復(fù)合。通過將不同類型的半導(dǎo)體進(jìn)行復(fù)合,產(chǎn)生的特殊界面有利于光生電子的分離和傳輸,個體的光譜吸收范圍進(jìn)行疊加之后可以擴(kuò)大整體材料的光譜吸收范圍,帶來“1+1>2”的實際催化效率。異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化材料可分為常規(guī)半導(dǎo)體-半導(dǎo)體復(fù)合、p-n型異質(zhì)結(jié)和Z型異質(zhì)結(jié)。如圖1-2,以p-n....

圖1-3纖鐵礦鈦酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)示意圖及剝離獲得單片層氧化鈦的流程(Sasaki T,1998)

通常情況下,母體層狀晶體需要用固態(tài)煅燒法在高溫下合成。圖1-3所示為固體鈦酸鹽層狀結(jié)構(gòu)通過一系列手段剝離成氧化鈦納米片的過程。首先用酸性溶液處理層狀母晶,得到水合質(zhì)子形態(tài)的層狀晶體,如H0.7Ti1.825O4·H2O,然后在水溶液中加入足夠數(shù)量的大分子有機(jī)離子,如四丁基銨陽離子....

圖1-4有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料的合成方法示意圖(J.C.Tan,2011)

幾十年以來,有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料的制備方法已經(jīng)趨于成熟,人們通過控制各種不同制備條件合成出了許多具有優(yōu)異性能的多功能復(fù)合材料,主要方法有:溶膠-凝膠法、自組裝、蒸發(fā)沉積、化學(xué)和電氣技術(shù)、插層法、共混法、原位聚合法、原位生成法等(M.Nagalakshmi,2017;NursamN....

本文編號：4046727