基于掺杂效应和异质结的SnWO4纳米材料的制备及其可见光光催化性能研究

摘要

光催化技术是解决日趋严重的全球性环境污染和能源危机的有效途径之一,而开发具有高量子效率、能充分利用太阳能的高活性光催化剂则是实现该技术的关键所在。钨酸亚锡(SnWO4)因其具有可见光响应(禁带宽度约1.7 eV)和资源丰富等优点而引起了人们的关注。但是α-SnWO4晶体中的载流子迁移速度慢以及电子-空穴复合速率较大等缺点导致其光催化效果并不理想,限制了钨酸亚锡在催化领域的进一步发展。本研究工作针对钨酸亚锡目前所遇到的结构和性能上的缺陷,采用掺杂和异质复合等手段来提高α-SnWO4纳米材料光催化性能。具体工作如下:
　　1、利用水热法制备了α-SnWO4纳米片。所得产品表面光滑,大小约50-100 nm之间。详细考察了影响α-SnWO4纳米晶结构、形貌和光催化性能的各项合成工艺条件,结果显示:在pH值等于7时,可以获得相纯度高和可见光光催化效率最高的产品。
　　2、通过两步水热法制备了α-SnWO4/SnO2复合材料,并对其结构和光催化性能展开了系统研究。所制备的样品为片状结构,粒子尺寸约在50-100 nm之间,与纯α-SnWO4纳米晶几乎保持一致;但不同于纯α-SnWO4纳米片的光滑表面,SnWO4/SnO2纳米片表面非常粗糙,这源于SnO2纳米晶粒在α-SnWO4纳米片上堆积所致,这种结构使得材料的比表面迅速增大。红外光谱则显示SnWO4纳米片和SnO2纳米晶粒之间存在相互的力作用,能形成有效的异质界面,有利于载流子的迁移。所合成的α-SnWO4/SnO2异质结构展现出增强的光催化活性以及良好的重复使用特性。同时,我们探讨了α-SnWO4/SnO2异质结构增强的光催化活性的机理。
　　3、研究了Bi3+掺杂改性α-SnWO4纳米片。采用水热法合成了Bi3+掺杂的α-SnWO4纳米片,详细考察了Bi3+浓度对α-SnWO4纳米晶的结构、形貌和光催化性能的影响。结果显示当Bi3+掺杂浓度为0.5％(mol％)时,所制备的样品具有最优的光催化性能,并提出了相应的机理。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 半导体光催化材料的催化原理

1.3 光催化剂的分类

1.4 可见光型光催化剂的研究进展

1.5 钨酸盐光催化剂材料的研究

1.6 本论文的选题背景和研究内容

第二章 水热法合成SnWO4及其可见光催化活性

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.3 本章小结

第三章 SnWO4/SnO2异质结构复合化合物的制备及其光催化性能

3.1 引言

3. 2实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 SnWO4:xBi3+纳米片的制备及其光催化性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

参考文献

硕士研究生期间的科研成果情况

致谢