非金属元素掺杂LiInO2的制备及其光催化性能研究

摘要

近年来，日益严重的水体污染使得人类面临严峻的生存挑战。为了应对有机污染物导致的水体污染，寻求廉价高效的环境污染治理技术成为科研工作者的关注焦点。光催化技术是近年来迅速发展起来的可以利用太阳能进行水体净化的一项新技术，它具有能耗低、环境友好，彻底持久等优点。而光催化技术的核心则是光催化剂，在众多的光催化材料中，LiInO2具有的独特的 InO6八面体结构，通过密度泛函理论计算可得这种结构使得 LiInO2具有光稳定性好、光生电子空穴分离效率高等优点，这使得它日益受到了研究者的重视。但 LiInO2的价带主要由O2p轨道组成，因此具有带隙较宽(Eg=3.7 eV)，只能在紫外光下受激发的缺陷，这严重限制了其在光催化领域的应用。为了增强 LiInO2在可见光区域的吸收和提高其光催化效率，本论文采用固相法制备了 N-LiInO2和NS-LiInO2，并通过XRD、SEM、XPS和UV-Vis DRS等手段来考察非金属掺杂 LiInO2的组成和结构，并研究了其光催化性能。
　　本文具体研究内容及重要结论摘示如下：
　　(1)采用固相法制备了N掺杂LiInO2,对其结构和光催化性能进行了研究。研究结果表明：掺杂的 N元素以 N3-的形式进入了晶格的间隙。N掺杂并没有明显改变 LiInO2的晶体结构和微观形貌，但是 N3-的引入显著提高了 LiInO2对可见光的吸收，在可见光下具有比 LiInO2更高的光催化降解亚甲基蓝的活性。通过活性物种捕获实验证明在 N掺杂LiInO2降解亚甲基蓝的反应过程中，活性物种为超氧自由基(?O2-)。
　　(2)以硫脲作为氮源和硫源，采用固相法制备了 N、S共掺杂 LiInO2(NS-LiInO2)，S元素主要以阳离子S4+、S6+和阴离子S2-的形式存在于 LiInO2的晶格中，而N元素仍以 N3-的形式进入了晶格的间隙。氮硫共掺杂并没有改变 LiInO2的晶体结构，但是掺杂之后LiInO2的晶粒尺寸明显变小。氮硫共掺杂提高了LiInO2对可见光的吸收，并且在可见光下具有比 LiInO2更高的光催化降解亚甲基蓝的活性。通过活性物种捕获实验证明在 N、S共掺杂 LiInO2降解亚甲基蓝的反应过程中，活性物种为超氧自由基(?O2-)和空穴（h+)。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1引言

1.2半导体的光催化机制

1.3光催化剂的主要应用方向

1.4光催化剂的研究现状

1.5提高半导体催化活性的途径

1.6选题研究意义及研究内容

第2章 实验部分

2.1实验药品

2.2实验仪器

2.3催化剂的制备

2.4催化剂的表征

2.5光催化实验

2.6活性基团捕获实验

第3章 氮掺杂LiInO2的制备及其光催化性能研究

3.1前言

3.2结果和讨论

3.3本章小结

第4章 氮硫共掺杂LiInO2的制备及其光催化性能研究

4.1引言

4.2结果和讨论

4.3本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士期间的主要成果