CdS/Cd2Ge2O6和Bi7O9I3/Zn2SnO4两种可见光催化剂的制备及降解典型有机污染物性能研究

摘要

随着工业的发展，各种染料及化工用品大量使用，然而这些染料污染物很难被完全降解。自光催化技术问世以来，因其可在常温常压下完全高效降解污染物而受到广泛关注，光催化技术逐渐取代传统处理方法。以 TiO2为代表的光催化剂被不断开发利用，但因其量子产率低、光能利用率低、易失活等缺陷大大限制了它在光催化领域的实际应用。因此，人们的焦点开始转向合成非TiO2系高效光催化剂。
　　Zn2SnO4和Cd2Ge2O6为特殊的棒状结构且禁带宽度适宜，因此对其进行改性有着重要的研究意义。通过大量查阅文献，本实验采用水热、油浴等方法合成 CdS/Cd2Ge2O6和Bi7O9I3/Zn2SnO4光催化剂，并通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射光谱（DRS）、荧光光谱（PL）、光电流（PC）等手段对所合成光催化剂的形貌、结构、光吸收能力、光响应范围进行表征。通过试验验证我们所合成的两种光催化剂都具有高效稳定的光催化性能，所得结论如下：
　　（1）通过水热-油浴方法制备 CdS/Cd2Ge2O6可见光催化剂，复合催化剂催化性能均优于纯相催化剂，其中当CdS/Cd2Ge2O6质量比为10％时性能最好，可在2h内将亚甲基蓝（MB）降解完全。通过重复性试验可知本论文所合成的CdS/Cd2Ge2O6可见光催化剂有很好的稳定性。通过捕获剂试验和光电流等电化学手段对其催化机理进行了进一步探讨，可知在可见光下降解MB起重要作用的是·OH。
　　（2）通过水热-油浴方法制备Bi7O9I3/Zn2SnO4可见光催化剂，复合催化剂催化性能均优于纯相催化剂，其中当Bi7O9I3/Zn2SnO4质量比为1:2时性能最好，可在4h内将苯酚降解完全。通过重复性试验可知本论文所合成的Bi7O9I3/Zn2SnO4可见光催化剂有很好的稳定性。通过捕获剂试验和光电流等电化学手段对其催化机理进行了进一步探讨，可知在可见光下降解苯酚起重要作用的是·O2-。
　　本论文创新点：（1）首次制备了CdS/Cd2Ge2O6和Bi7O9I3/Zn2SnO4可见光异质结光催化剂；（2）CdS/Cd2Ge2O6和 Bi7O9I3/Zn2SnO4这两种可见光催化剂不仅具有高效的光催化性能，且有很好的稳定性，有利于应用于实际；（3）CdS/Cd2Ge2O6和Bi7O9I3/Zn2SnO4两种可见光催化剂都是对宽禁带无可见光活性的半导体进行改性，为今后设计开发非TiO2系可见光异质结高效催化剂提供了新思路。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 半导体光催化剂概述

1.3 光催化材料在水处理中的应用

1.4 研究内容和选题意义

第二章 实验部分

2.1 主要药品和仪器

2.2 实验内容

第三章 CdS/Cd2Ge2O6异质结型高效光催化剂的制备及降解MB性能研究

3.1 概论

3.2 CdS/Cd2Ge2O6光催化剂的制备

3.3 CdS/Cd2Ge2O6光催化剂的表征及其分析

3.4 CdS/Cd2Ge2O6光催化剂的活性评价

3.5 CdS/Cd2Ge2O6光催化剂的稳定性

3.6 CdS/Cd2Ge2O6光催化剂的催化机理探讨

3.7 本章小结

第四章 Bi7O9I3/Zn2SnO4异质结型高效光催化剂的制备及降解苯酚性能研究

4.1 概论

4.2 Bi7O9I3/Zn2SnO4光催化剂的制备

4.3 Bi7O9I3/Zn2SnO4光催化剂的表征及其分析

4.4 Bi7O9I3/Zn2SnO4光催化剂的活性评价

4.5 Bi7O9I3/Zn2SnO4光催化剂的稳定性

4.6 Bi7O9I3/Zn2SnO4光催化剂的催化机理探讨

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录