CaIn2O4-FE-TiO2復(fù)合光催化劑的制備與光催化性能研究.pdf

1、近年來，能源危機(jī)和環(huán)境污染問題日益突出，光催化技術(shù)因其在新能源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)方面的潛在價(jià)值而備受關(guān)注。但是以TiO2為代表的傳統(tǒng)光催化劑屬于寬禁帶半導(dǎo)體，只能利用太陽光中的紫外輻射（約占太陽光能量的4％）而無法利用可見光（約占太陽光能量的43％）。因此開發(fā)具有可見光響應(yīng)的光催化材料受到極大重視并取得不少成果。然而，單一光催化劑存在著光生載流子復(fù)合率較高的缺點(diǎn)，難以獲得較高的光催化效率。因此針對這一現(xiàn)狀，我們將Fe-TiO2與CaIn2O

2、4復(fù)合，制備出高效穩(wěn)定的CaIn2O4/Fe-TiO2新型復(fù)合光催化劑。
　　本論文分為兩部分:第一部分是文獻(xiàn)綜述，第二部分是CaIn2O4/Fe-TiO2復(fù)合光催化劑的制備、結(jié)構(gòu)和光催化性能研究。
　　第一部分是文獻(xiàn)綜述。首先，根據(jù)半導(dǎo)體能帶理論闡述了光催化的基本原理和分解水制氫的機(jī)理，并介紹了光催化在廢水處理、空氣凈化等方面的應(yīng)用情況。其次，綜述了高效可見光響應(yīng)光催化劑的研究進(jìn)展，特別是復(fù)合光催化劑體系。最后，介紹了本論

3、文的研究內(nèi)容。
　　第二部分內(nèi)容為CaIn2O4/Fe-TiO2復(fù)合光催化劑的制備、結(jié)構(gòu)和光催化性能研究。
　　首先，在低溫溶液燃燒法制備CaIn2O4納米棒和溶膠凝膠法制備納米Fe-TiO2的基礎(chǔ)上，通過研磨—退火工藝合成了一系列不同比例的CaIn2O4/Fe-TiO2復(fù)合光催化劑，并對它們的結(jié)構(gòu)和光催化性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。
　　TEM/SEM結(jié)果表明，F(xiàn)e-TiO2納米顆粒可以很好地附著在CaIn2O4納米棒上，形

4、成緊密結(jié)合的界面。但隨著Fe-TiO2含量的增加，無法附著于Can2O4表面的Fe-TiO2納米顆粒逐漸增多。電化學(xué)測試表明，CaIn2O4和Fe-TiO2之間具有合適的能帶匹配，即Fe-TiO2的導(dǎo)帶位置比CaIn2O4導(dǎo)帶位置高0.19 eV。
　　光催化性能測試包括分解水制氫和降解亞甲基藍(lán)。CaIn2O4/Fe-TiO2復(fù)合光催化劑的性能均高于兩種單一組分光催化劑CaIn2O4或Fe-TiO2，其中CF0.5(CaIn2O4

5、∶Fe-TiO2=1∶0.5)的光催化效率最高。在可見光下，CF0.5復(fù)合光催化劑分解水制氫的速率可以達(dá)到280μmol h-1 g-1;30 mg CF0.5能在3小時(shí)內(nèi)將140mL21.4μmol/L亞甲基藍(lán)溶液完全降解。并且，CF0.5復(fù)合光催化劑具有良好的結(jié)構(gòu)和光催化穩(wěn)定性。
　　與單一組分光催化劑CaIn2O4或Fe-TiO2相比，CaIn2O4/Fe-TiO2復(fù)合光催化劑性能增強(qiáng)的原因主要有如下兩點(diǎn)。第一，F(xiàn)e-TiO