TiO2/CdS纳米复合材料和Zn掺杂CdS水热法制备及其可见光催化降解罗丹明-B研究

摘要

众所周知，在21世纪环境污染是一个主要的问题，半导体光催化材料因可以利用太阳能这一再生能源解决环境污染问题而具有广泛的应用潜力。CdS是应用最广泛的Ⅱ-Ⅵ半导体光催化剂，它的带隙为2.4eV，该材料的光催化活性低是因为它的载流子和空穴容易复合。为了有效获取光能，必须抑制光激发电子和空穴的复合。在这篇论文中，我们利用水热法制备了Zn掺杂CdS和TiO2/CdS纳米复合材料，这种复合物可以在可见光下将环境有机污染物如罗丹明B氧化，并转化为无害的物质。
　　本论文主要工作集中在:
　　在低温使用水作为唯一的反应溶剂，通过简单的水热法合成TiO2/CdS复合材料和Zn掺杂的CdS。在紫外和可见光下利用TiO2/CdS降解罗丹明B并测试光催化活性。在可见光下利用CdS掺杂Zn的样品降解罗丹明B并测试光催化活性。TiO2/CdS与纯CdS和纯二氧化钛光催化活性比较。改变水热温度和反应时间。利用添加清除剂的方法来探索(TiO2/Cd)和(CdS掺杂Zn)降解RhB.的机理。
　　我们可以得出的结论如下:
　　通过复合和金属掺杂CdS的光催化活性已经大大提高。在可见光和紫外可见光下TiO2/CdS纳米复合材料能高效的降解罗丹明B。由于CdS纳米颗粒的存在和TiO2颗粒的高比表面积，将CdS的可见光响应能力提高到大约560nm。结果表明，对CdS进行少量的Zn掺杂可以增强它的光催化活性。Zn掺杂到CdS的晶格能导致CdS的价带向更好的方向转变，使其光生空穴具有比纯CdS更强的氧化能力。本研究通过金属离子掺杂将有助于提高CdS的光催化活性。水热反应的时间在晶体结构的形成，形状，尺寸起重要作用。在不同清除剂如:Na2C2O4，KI和K2Cr2O2等存在下的机理研究发现:电子和空穴在降解RhB的过程中都起了重要作用，但是光生电子的作用更大。

目录

声明

摘要

Abstract

CONTENTS

CHAPTER 1 INTRODUCTION

1．1 Nanotechnology

1．2 Nanomaterials

1．3 Structure variation with respect to the change in the morphology of the Nano semiconductor

1．4 Semiconductor and organic pollutants

1．5 Cadmium sulfide(CdS)

1．6 Mechanisms of semiconductor to degrade photocatalytic organic pollutants

1．7 Hydrothermal synthesis

1．8 Topics based on research content

Chapter 2 Photocatalytic Activities of TiO2／CdS nanocomposites prepared by hydrothermal method

2．1 INTRODUCTION

2．2 MATERIALS AND METHODS

2．2．1．Materials

2．2．2．Experimental procedure

2．2．3 Analytic methods

2．2．4 Photocatalytic activity measurement

2．3 RESULTS AND DISCUSSION

2．3．1 XRD analysis of samples

2．3．2 SEM analysis of the samples

2．3．3 UV-vis diffuse reflectance spectra of samples

2．3．4 BET surface areas and pore size distributions

2．3．5 XPS analysis of the samples

2．4 PHOTOCATALYTIC DEGRADATION RHODAMINE-B

2．4．1 The photocatalytic experiment results analysis

2．5 SAMPLE STABILITY ANALYSIS

2．6 MECHANISM OF ENCHANCED PHOTOCATALYTIC ACTIVITY

2．7 Chapter Summary

Chapter 3 Photocatalytic Activities of Zn doped CdS prepared by hydrothermal method

3．1 INTRODUCTION

3．2 MATERIALS AND METHODS

3．2．1．Materials

3．2．2．Experimental procedure

3．2．3 Analytic methods

3．2．4．Photocatalytic activity measurement

3．3 RESULTS AND DISCUSSION

3．3．1 XRD analysis of samples

3．3．2 SEM analysis of the samples

3．3．3 UV-vis diffuse reflectance spectra of samples

3．3．4 XPS analysis of the samples

3．4 PHOTOCATALYTIC DEGRADATION RHODAMINE-B

3．4．1 The photocatalytic experiment results analysis

3．5 MECHANISM OF ENCHANCED PHOTOCATALYTIC ACTIVITY

3．6 Chapter Summary

Chapter 4 Conclusion and prospective

References

Acknowledgments