29195.高效納米光催化復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與合成

1、摘要論文題目：高效納米光催化復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與合成學(xué)科專業(yè)：物理化學(xué)學(xué)位申請人：毛兵指導(dǎo)教師：朱建副教授李和興教授摘要近年來，半導(dǎo)體光催化劑在能源開發(fā)和環(huán)境治理方面的應(yīng)用已經(jīng)引起了世界各國政府、產(chǎn)業(yè)界及各研究領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注，當(dāng)前的研究熱點(diǎn)主要集中于高效光催化劑的研制和開發(fā)。以Ti02，W03等為代表的氧化物半導(dǎo)體光催化材料以其獨(dú)特的性能成為一種潛在的理想光催化材料。但是，單獨(dú)半導(dǎo)體作為催化劑不能有效的分離光生電子和空穴，存在量子效率

2、低，太陽能利用率低等關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題，這極大地制約光催化技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體通過復(fù)合的方式可改變材料性能、改變活性位、改善光催化反應(yīng)的反應(yīng)過程和對反應(yīng)動力學(xué)行為，從而有助于提高催化劑的量子效率、擴(kuò)展光響應(yīng)范圍、改善光催化劑的穩(wěn)定性，因此正逐漸成為半導(dǎo)體光催化材料的研究熱點(diǎn)。因此，本論文研究工作就復(fù)合型光催化劑中存在的幾個(gè)科學(xué)問題展開了研究工作：第一，如何設(shè)計(jì)復(fù)合材料的結(jié)合方式，提高復(fù)合材料之間的接觸面和組分之間的相互作用；第二

3、，如何合理設(shè)計(jì)催化劑的活性中心以實(shí)現(xiàn)光生電子的快速轉(zhuǎn)移和分離，從而來探索高催化活性的催化劑；第三，如何設(shè)計(jì)和構(gòu)建多級結(jié)構(gòu)的光催化劑來提高光的利用，充分的發(fā)揮催化劑組分的作用的同時(shí)降低催化劑成本，設(shè)計(jì)高效廉價(jià)的光催化劑?；谝陨系膸c(diǎn)問題，本論文工作圍繞以下三個(gè)方面展開：一、石墨烯包裹W03單晶復(fù)合材料的吸附光催化性能研究在清潔水介質(zhì)條件下合成的具有吸附性能的W03納米棒基礎(chǔ)上，通過光還原輔助溶劑揮發(fā)的方法合成了石墨烯包裹W03單晶的復(fù)合

4、材料，石墨烯由于化學(xué)作用力和靜電作用力從而緊密的包裹在w03納米棒的表面。同時(shí)，我們以IuB的處理為探針反應(yīng)測試了復(fù)合材料的吸附光催化性能。結(jié)果表明復(fù)合材料具有良好的吸附一光催化性能。這主要?dú)w結(jié)于：(1)石墨烯緊密包裹在WO，納米棒的表面，使復(fù)合材料一定程度上保留了W03納米棒的吸附性能；(2)由于石墨烯快速轉(zhuǎn)移光生電子的作用，從而提高了催化劑光生電子一空穴的分離效率，催化AbstractAbstraCtInrecentyears，ap

5、plicationofsemiconductorphotocatalystinenergydeVelopmentaIldenVironmemalhasattractedextensiVeattentionofgoVemmentsandscientistsaroundtheworldResearchanddeVelopmentonhighemcientcatalystismemostimportanttaskforthestudyofph

6、otocatalyticTi02andW03isbecomingtheidealphotocatal)『ticmaterialsfortheiruniqueperfomanceHoweVer，IndividualsemiconductorphotocatalysthaSlowquantumemciencyandlowsolarene略yutilizationproblems，whichrestrictits印plicationinind

7、ustryThenanocompositecanincreasethematerialsurfacearea，theactiVesitesanddynamicconditionstoimproVethephotocatalyticactiVitybysimplecombinetwomaterialtogetherThenallocompositecanalsoincreasingmequalltumemciencyofsinglesem

8、iconductor，extendingthe1ightresponserallge，improVingthelightstabilityandmemalstabilitySoithasbecomethefocusofsemiconductorcompositesresearchTherefore，ourresearchworkismainlybasedonthefollowingpoints：First，howtodesignappr

9、opriatecombinationofmethodstoincreasethecontactsurfaceortoenhancetheinteractionbet、VeenthecomponentsSecond，howtodesigntheactiVecenterofacatalystinordertoachieVerapidtransferorseparationofphoto—generatedelectronsandholes，

10、therebytoexplorethehighcatalyticactiVityofcatalystThird，howtodesigna11dbuildamultileVelstmcturephotocatalysttoimprovethelightuseemciencyand如llyplaytheroleofcatalystcomponents，thus，todesignlowcostbutefjEicientphotocatalys

11、tThespecificworkconsistsofthreepaIrts：1Theresearchonadso印tion—photocatalyticperfoHllanceofsingle—cr)，stalW03withsurfacewr印pedbygrapheneSynthesizeW03nanorodsinthecleanwatermediumconditionsintroducedwith、Vr印pedbygrapheneby

12、asimplemethodDuetochemicalandelectrostaticinteractions，grapheneti曲tlyMappedonthesurfaceoftheW03nanorodsUsingRhBdyeastheprobereaction，wetesttheadso印tionaJldphotocatal”icpropeniesofthecompositematerialsTheresultsshowexcell