Ga2O3、Ge系光催化材料的可控合成及其降解有機污染物的研究.pdf

1、環(huán)境污染和能源短缺是制約著人類社會、經濟發(fā)展的重要因素之一，研究節(jié)能環(huán)保的環(huán)境治理技術勢在必行。光催化技術可以利用光能和半導體材料在常溫和常壓條件下直接降解各類有機污染物，具有效率高、無選擇性等優(yōu)點。光催化材料是光催化技術的核心，其微觀特征包括形貌、尺寸和孔結構等對其光催化性能和回收利用影響較大，因此開發(fā)新型高效且易于回收利用的光催化材料是近年來人們研究的熱點之一。為此，論文使用多種簡單易行的方法合成了多種新型光催化材料，通過改變實驗條

2、件有效的實現了光催化材料的可控合成，探討了光催化材料的形成過程。同時，研究了所制備的光催化材料降解環(huán)境中有機污染物的性能和相關機理。論文的主要研究工作如下：
　　（1）以Zn4CO3(OH)6·H2O微米球為模板劑，采用水熱法原位制備了Zn2GeO4空心微米球，采用XRD、XPS、SEM、FESEM、HRTEM、N2吸附-脫附和UV-vis DRS等多種表征手段，分析了Zn2GeO4空心微米球的物相組成、微觀結構、比表面積和光吸收

3、性能等?；诿芏确汉碚摚捎肅ASTEP軟件包計算了Zn2GeO4半導體的能帶結構和態(tài)密度分布，結果表明Zn2GeO4半導體為直接半導體，其價帶主要由O2s、O2p、Ge4s、Ge4p和Zn3d軌道構成，而其導帶主要由Ge4s、Ge4p和Zn4s軌道構成。同時，研究了反應溫度和時間對Zn2GeO4空心微米球生長過程的影響，發(fā)現當溫度為200℃時，能夠形成純相的微米空心球。隨著時間的增加，Zn2GeO4空心微米球的組成單元納米顆粒發(fā)生劈

4、裂現象，即從納米顆粒逐漸溶解結晶再生成納米棒束。利用降解甲硝唑溶液實驗證明了Zn2GeO4空心微米球具有良好的光催化活性和穩(wěn)定性。
　?。?）采用一步法在低溫下制備了Ag2ZnGeO4空心微米球，分析了Ag2ZnGeO4空心微米球的物相組成、元素價態(tài)、微觀結構、比表面積和光吸收性能等。理論計算表明其為間接半導體，價帶主要由O2s、O2p、Zn3d、Ge4s、Ge4p和Ag4d軌道組成，導帶主要由Zn4s、Ge4s、Ge4p和Ag5

5、s軌道組成。研究了氨水投加量、AgNO3投加量和反應時間對Ag2ZnGeO4空心微米球生長過程的影響，提出了Ag2ZnGeO4微米球的生長過程符合在Ostwald熟化機制。此外，探討了Ag2ZnGeO4空心微米球、Ag/Ag2ZnGeO4和ref-Ag2ZnGeO4降解酸性紅G溶液過程中的動力學和活性物質類型。
　?。?）采用離子交換法在常溫下制備了Cd2Ge2O6/CdS核殼納米棒復合物。FESEM、HRTEM、EDX和XPS測

6、試結果表明CdS納米顆粒均勻分布于Cd2Ge2O6的表面且復合物為核殼結構，這有利于其對光的吸收和電子空穴的分離。利用UV-vis DRS測試分析了Cd2Ge2O6/CdS復合物樣品在可見光區(qū)域的光吸收性能和CdS的負載量對Cd2Ge2O6吸收帶邊的影響。采用理論計算和自由基捕獲實驗分析了Cd2Ge2O6/CdS復合物中電子轉移規(guī)律和降解酸性紅G溶液過程中的活性物質類型。研究表明Cd2Ge2O6/CdS復合物在可見光下具有良好的光催化性

7、能歸因于CdS和Cd2Ge2O6的匹配的價帶導帶位置和一維核殼結構。
　　（4）以水熱法制備的GaOOH微米棒為模板，通過焙燒制備了混合相α-Ga2O3/β-Ga2O3微米棒。采用多種表征手段研究了不同溫度下焙燒所制備Ga2O3微米棒的晶相、微觀結構等。降解甲硝唑實驗表明相對于單一相α-Ga2O3和β-Ga2O3，混合相α-Ga2O3/β-Ga2O3具有較高的光催化性能，這是由于混合相α-Ga2O3/β-Ga2O3中形成異質結結構