缺陷态纳米氧化镁合成及其光催化活性研究

摘要

氧化镁基于其表面本征缺陷结构而具有光催化活性。本课题组利用溶液燃烧法以制备出具有表面氧空位的纳米氧化镁，但其光催化活性较低。基于适量的表面氧空位不仅可以拓宽材料对光的吸收范围以降低其禁带宽度，还可以增加材料表面吸附态氧的数目及促进表面羟基化进而生产超氧阴离子和羟基自由基等活性氧物种。本论文分别采用表面改性和非金属元素掺杂的方式提高其表面氧空位浓度，以提高其光催化活性。
　　表面改性分别以氨水和乙二醇为改性剂，对纳米氧化镁进行表面改性以增加其表面氧空位浓度。高倍透射电镜结果显示经改性后的纳米氧化镁主要暴露出{111}晶面。与{200}晶面相比，表面氧空位更容易在{111}晶面上形成。液相电子顺磁共振光谱和氯化硝基四氮唑蓝还原反应及捕获剂实验等结果显示改性后的纳米氧化镁可产生更多的超氧阴离子活性氧物种。
　　采用电负性较小的非金属元素碳和硼对纳米氧化镁进行掺杂。研究结果表明碳和硼元素的掺杂可抑制氧化镁晶粒的生长，并缩小其禁带宽度，使其对光的吸收带边发生红移。与纯纳米氧化镁相比，掺杂型氧化镁表面氧空位的浓度得到增加，其主要的活性氧物种为超氧阴离子和羟基自由基。
　　因此，在同等降解条件下，经改性处理和掺杂型纳米氧化镁的光催化活性均明显高于未改性和未掺杂的纳米氧化镁。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 半导体光催化材料的研究现状

1．3 纳米氧化镁光催化剂的研究现状

1．4 本课题的提出及拟研究内容

第2章 实验部分

2．1 实验药品

2．2 实验仪器

2．3 催化剂的表征

2．4 光催化活性评价

2．5 活性物种的确定

第3章 缺陷态纳米氧化镁的改性及其光催化活性研究

3．1 引言

3．2 催化剂的制备与改性

3．3．1 XRD表征

3．3．2 SEM和TEM表征

3．3．3 PL表征

3．3．4 DRS表征

3．3．5 BET表征

3．4 光催化活性测试

3．4．1 氨水改性纳米氧化镁的光催化活性

3．4．2 乙二醇改性纳米氧化镁的光催化活性

3．5 活性物种的确定

3．5．1 捕获剂实验

3．5．3 羟基自由基(·OH)检测实验

3．6 小结

第4章 碳掺杂型氧化镁的合成及其光催化活性研究

4．1 引言

4．2 催化剂的制备

4．3．1 XRD表征

4．3．2 XPS表征

4．3．3 SEM和TEM表征

4．3．4 DRS表征

4．3．5 PL表征

4．3．6 ESR表征

4．3．7 电化学表征

4．3．8 BET表征

4．4．1 碳掺杂氧化镁的光催化活性评价

4．4．2 活性物种的确定

4．5 小结

第5章 硼掺杂型氧化镁的合成及其光催化活性研究

5．1 引言

5．2 催化剂的制备

5．3．1 XRD表征

5．3．2 XPS表征

5．3．3 DRS表征

5．3．4 电化学表征(平带电位)

5．3．5 CO2-TPD表征

5．3．6 ESR表征

5．3．7 BET表征

5．4．1 光催化活性实验

5．4．2 活性物种的确定

5．5 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文及专利

致谢