Ga2O3、Ge系光催化材料的可控合成及其降解有機(jī)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(jīng)濟(jì)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(shù)勢在必行。光催化技術(shù)可以利用光能和半導(dǎo)體材料在常溫和常壓條件下直接降解各類有機(jī)污染物，具有效率高、無選擇性等優(yōu)點(diǎn)。光催化材料是光催化技術(shù)的核心，其微觀特征包括形貌、尺寸和孔結(jié)構(gòu)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(diǎn)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(shí)驗(yàn)條

2、件有效的實(shí)現(xiàn)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(jī)污染物的性能和相關(guān)機(jī)理。論文的主要研究工作如下：
　　（1）以Zn4CO3(OH)6·H2O微米球?yàn)槟０鍎捎盟疅岱ㄔ恢苽淞薢n2GeO4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(jié)構(gòu)、比表面積和光吸收

3、性能等?；诿芏确汉碚?，采用CASTEP軟件包計(jì)算了Zn2GeO4半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布，結(jié)果表明Zn2GeO4半導(dǎo)體為直接半導(dǎo)體，其價帶主要由O2s、O2p、Ge4s、Ge4p和Zn3d軌道構(gòu)成，而其導(dǎo)帶主要由Ge4s、Ge4p和Zn4s軌道構(gòu)成。同時，研究了反應(yīng)溫度和時間對Zn2GeO4空心微米球生長過程的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)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(xiàn)象，即從納米顆粒逐漸溶解結(jié)晶再生成納米棒束。利用降解甲硝唑溶液實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)、比表面積和光吸收性能等。理論計(jì)算表明其為間接半導(dǎo)體，價帶主要由O2s、O2p、Zn3d、Ge4s、Ge4p和Ag4d軌道組成，導(dǎo)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(yīng)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(jī)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(xué)和活性物質(zhì)類型。
　?。?）采用離子交換法在常溫下制備了Cd2Ge2O6/CdS核殼納米棒復(fù)合物。FESEM、HRTEM、EDX和XPS測

6、試結(jié)果表明CdS納米顆粒均勻分布于Cd2Ge2O6的表面且復(fù)合物為核殼結(jié)構(gòu)，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(fù)合物樣品在可見光區(qū)域的光吸收性能和CdS的負(fù)載量對Cd2Ge2O6吸收帶邊的影響。采用理論計(jì)算和自由基捕獲實(shí)驗(yàn)分析了Cd2Ge2O6/CdS復(fù)合物中電子轉(zhuǎn)移規(guī)律和降解酸性紅G溶液過程中的活性物質(zhì)類型。研究表明Cd2Ge2O6/CdS復(fù)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(dǎo)帶位置和一維核殼結(jié)構(gòu)。
　　（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(jié)構(gòu)等。降解甲硝唑?qū)嶒?yàn)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(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)