掺杂钙钛矿型复合氧化物光吸收特性的研究

摘要

光催化作用可用于分解水制氢及有效降解环境污染物，为利用太阳能大规模制氢和解决环境污染问题提供了一条有效途径。光催化用核心材料光催化剂一直是国内外众多学者研究的热点，迄今为止，大部分该类光催化剂属于宽带隙半导体，仅在紫外光条件下具有光吸收活性。钙钛矿型复合氧化物因具有特殊的结构特性，作为光催化材料，受到极大重视并被广泛研究。本文选择钙钛矿型复合氧化物SrTiO3作为活性模型，研究不同掺杂离子及其离子半径、电子结构、电负性等对SrTiO3的光吸收特性及光催化活性的影响，具体内容如下：
　　 ①依据离子半径、离子价态相近的原则选择Bi3+、Pb2+等对其A位掺杂，选择Co2+、Cu2+等对其B位掺杂，采用溶胶-凝胶法制备掺杂SrTiO3样品，并考察制备条件对样品晶相的影响。
　　 ②采用XRD、SEM及Uv-vis等测试手段对样品进行表征，结果表明，在一定条件下制得的掺杂样品均具有SrTiO3晶相的钙钛矿结构；掺杂样品颗粒大小在100nm左右；不同金属离子掺杂样品的光吸收活性有不同程度的增强，且出现不同程度的红移，拓展了其光吸收波长范围，尤其是在A位进行Bi3+的掺杂和B位进行Co2+的掺杂，显著地提高了其光吸收活性，至700nm仍有吸收。
　　 ③以高压汞灯和碘钨灯为实验光源，通过对甲基橙和罗丹明B的脱色率来考察样品的光催化活性，结果显示，不同金属离子掺杂样品的光催化活性有不同程度的提高，尤其是在A位进行Bi3+的掺杂和B位进行Co2+的掺杂，不仅使SrTiO3在高压汞灯下的脱色率提高到未掺杂时的5～6倍，而且在可见光条件下具有光催化活性。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

第二章 文献综述

2.1 光催化的研究进展

2.1.1 半导体光催化机理

2.1.2 光催化的应用

2.1.3 提高光催化活性的方法

2.2 钙钛矿型复合氧化物的研究现状

2.2.1 钙钛矿型复合氧化物的晶体结构

2.2.2 钙钛矿型复合氧化物的能带理论

2.2.3 钙钛矿型复合氧化物的非化学计量性

2.2.4 钙钛矿型复合氧化物的表面光催化氧化

2.2.5 钙钛矿型复合氧化物的常见制备方法

2.2.6 钙钛矿型复合氧化物SrTiO3的研究

2.3 课题的研究目的及研究思路

第三章 实验方法

3.1 实验用主要仪器、设备

3.2 实验用主要药品

3.3 掺杂SrTiO3的制备方法

3.4 SrTiO3及其掺杂样品的表征

3.4.1 XRD

3.4.2 BET

3.4.3 Uv-vis

3.4.4 SEM

3.5 光催化活性评价方法

第四章 光催化活性评价条件对光催化活性的影响

4.1 光源的选择

4.2 染料的选择

4.3 最大吸收波长的确定

4.4 吸附平衡时间的确定

4.5 催化剂用量的影响

4.6 溶液初始pH的影响

4.7 染料初始浓度的影响

4.8 本章小结

第五章 掺杂SrTiO3的制备

5.1 掺杂金属离子的选择

5.1.1 A位掺杂元素的选择

5.1.2 B位掺杂元素的选择

5.2 掺杂量的确定

5.3 制备条件的确定

5.4 制备方法

5.5 本章小结

第六章 A位掺杂对SrTiO3的影响

6.1 各掺杂离子对SrTiO3的影响

6.1.1 各掺杂样品的Uv-vis结果及分析

6.1.2 催化活性结果及分析

6.2 Bi掺杂对SrTiO3的影响

6.2.1 XRD结果及分析

6.2.2 BET及SEM结果及分析

6.2.3 Uv-vis结果及分析

6.2.4 催化活性结果及分析

6.3 Pb掺杂对SrTiO3的影响

6.3.1 XRD结果及分析

6.3.2 SEM结果及分析

6.3.3 Uv-vis结果及分析

6.3.4 催化活性结果及分析

6.4 本章小结

第七章 B位掺杂对SrTiO3的影响

7.1 各掺杂离子对SrTiO3的影响

7.1.1 各掺杂样品的Uv-vis结果及分析

7.1.2 催化活性结果及分析

7.2 Co掺杂对SrTiO3的影响

7.2.1 XRD结果及分析

7.2.2 SEM结果及分析

7.2.3 Uv-vis结果及分析

7.2.4 催化活性结果及分析

7.3 Cu掺杂对SrTiO3的影响

7.3.1 XRD结果及分析

7.3.2 Uv-vis结果及分析

7.3.3 催化活性结果及分析

7.4 本章小结

第八章 结论与建议

8.1 实验结论

8.2 对后续工作的建议

参考文献

发表论文

致谢