基于CdSe量子點(diǎn)構(gòu)筑的半導(dǎo)體光催化材料及其光降解有機(jī)污染物的行為和機(jī)理研究.pdf

1、隨著工業(yè)化程度的日益提高，越來越多的有機(jī)物被投入到現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中，造成水環(huán)境中出現(xiàn)大量有機(jī)物殘留，這些有機(jī)物殘留對環(huán)境造成的污染日益加劇。近年來，利用太陽能光降解有機(jī)污染物的綠色光催化技術(shù)引起了科研工作者的廣泛關(guān)注，如何獲得高性能低成本的半導(dǎo)體光催化材料已然是光催化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。量子點(diǎn)材料由于具有尺寸小、比表面積大、光響應(yīng)能力強(qiáng)、獨(dú)特的電子態(tài)和光學(xué)吸收性能等優(yōu)勢，已成為光催化領(lǐng)域新興的研究熱點(diǎn)。同時(shí)，硒化鎘(CdSe)半導(dǎo)體光催

2、化材料具有合適的禁帶寬度，獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)特征以及在可見光下顯示出優(yōu)異的光降解有機(jī)污染物性能的優(yōu)勢，具有較高的研究價(jià)值。因此，結(jié)合量子點(diǎn)材料和CdSe半導(dǎo)體的多重優(yōu)勢，選擇CdSe量子點(diǎn)作為光催化材料來降解環(huán)境廢水中有機(jī)污染物具有很好的應(yīng)用前景。但是由于單一CdSe量子點(diǎn)材料存在著一些缺陷嚴(yán)重制約了其應(yīng)用范圍，例如:易于團(tuán)聚，抗光腐蝕性差，穩(wěn)定性較低等。為了克服CdSe量子點(diǎn)材料的這些缺點(diǎn)，本論文采取多種修飾技術(shù)對其進(jìn)行改性，如離子摻雜技

3、術(shù)對其進(jìn)行修飾，克服CdSe量子點(diǎn)光生電子和空穴易復(fù)合的問題;結(jié)合貴金屬納米粒子等離子體共振效應(yīng)，在提高光生電子與空穴的分離效率的同時(shí)還提高了光能利用率;選擇合適載體制備負(fù)載-復(fù)合型多組分光催化材料，解決CdSe量子點(diǎn)材料吸附能力差、穩(wěn)定性不高等問題。同時(shí)，通過多種分析測試方法，系統(tǒng)地研究了改性CdSe量子點(diǎn)光催化材料的物化特性以及光降解環(huán)境中有機(jī)污染物的反應(yīng)機(jī)理。
　　具體研究工作如下:
　　(1)采用軟模板法合成方案，以

4、十六烷基三甲基氯化銨為表面活性劑，經(jīng)過簡單水浴回流過程，合成了CdSe量子點(diǎn)囊泡狀分級(jí)結(jié)構(gòu)光催化材料。根據(jù)TEM等測試手段分析了囊泡狀結(jié)構(gòu)的成型機(jī)制。經(jīng)過XRD、TEM、TGA等分析測試手段對量子點(diǎn)光催化材料的物化性質(zhì)進(jìn)行表征。相對于粒子結(jié)構(gòu)CdSe量子點(diǎn)材料，該結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu)。降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CdSe量子點(diǎn)囊泡狀分級(jí)結(jié)構(gòu)光催化材料對鹽酸四環(huán)素(Tetracycline hydrochloride，TC·HCl

5、)展現(xiàn)出優(yōu)異的光催化降解活性。通過活性物種捕獲實(shí)驗(yàn)，分析其光催化降解反應(yīng)機(jī)理。通過循環(huán)降解實(shí)驗(yàn)，考察催化劑的循環(huán)利用率。
　　(2)采用簡單的一步水熱法，以3-巰基丙酸為修飾劑，合成了雙離子共摻雜CdSe量子點(diǎn)光催化材料。通過調(diào)節(jié)離子摻雜種類以及摻雜比例，制備不同的金屬離子摻雜CdSe量子點(diǎn)光催化材料。TEM研究發(fā)現(xiàn)，制備的金屬離子摻雜CdSe量子點(diǎn)材料，納米粒子尺寸均一，呈球狀分布，納米粒子平均尺寸約為8nm。UV-vis DR

6、S表明制備的所有離子摻雜CdSe量子點(diǎn)樣品在可見光范圍內(nèi)均具有很強(qiáng)的光響應(yīng)能力，相比于單一CdSe量子點(diǎn)材料，金屬離子摻雜CdSe量子點(diǎn)材料帶隙值降低。同時(shí)，以TC·HCl溶液為目標(biāo)物廢水、詳細(xì)探討了光催化降解機(jī)理并研究不同條件對光催化降解性能的影響。通過考察摻雜金屬離子的種類及比例，得出3％Co-4％K/CdSe量子點(diǎn)材料具有最佳的光催化性能。在30min內(nèi)，其對TC·HCl的降解率達(dá)到78.4％。通過對降解不同時(shí)間的溶液質(zhì)譜進(jìn)行測定

7、，分析了TC·HCl降解的中間過程。
　　(3)采用簡單的水熱法，將Al2TiO5陶瓷材料與CdSe量子點(diǎn)復(fù)合，構(gòu)建異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，制備了納米Ag粒子修飾CdSe量子點(diǎn)負(fù)載Al2TiO5復(fù)合光催化劑。利用XRD、TEM、電化學(xué)等多種分析測試手段對光催化劑進(jìn)行物化性質(zhì)表征。以典型的亞甲基藍(lán)染料(Methylene blue，MB)溶液為降解目標(biāo)物驗(yàn)證制備的復(fù)合光催化劑的光催化活性?？疾炝薃l2TiO5的引入比例對復(fù)合材料

8、光催化性能的影響。通過活性物種捕獲實(shí)驗(yàn)，分析了光催化降解過程中起主要作用的活性因子并詳細(xì)探討了光催化降解有機(jī)染料的機(jī)理。
　　(4)以箭竹葉為生物原材料，采用無氧炭化法制備蜂窩管狀竹葉生物炭。通過XRD、SEM、N2吸脫附等多種不同分析測試手段對竹葉生物炭的物化性能進(jìn)行表征。以竹葉生物炭為載體，可溶性金屬鹽溶液為金屬源，硼氫化鈉為還原劑，原位生長法與水熱法相結(jié)合，成功制備了金屬離子摻雜CdSe量子點(diǎn)負(fù)載竹葉生物炭復(fù)合光催化劑。通過