SnO2基纳米复合光催化剂的合成、表征与性能研究

摘要

SnO2半导体材料因具有绿色温和、物理化学性质稳定以及光电性质特殊等优点被广泛应用于锂离子电池、气体传感、太阳能电池和光催化等领域，成为研究者关注的热点。
　　论文以SiO2/SnO2纳米微球为前驱体，通过自掺杂的方法引入Sn2+，得到不同掺杂比例的SiO2/SnO2/SnO2/Sn2+纳米催化剂。采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和紫外漫反射(Uv-vis)等检测手段对样品的结构、化学组成和形貌进行了表征。结果表明样品具有明显的核壳结构，即以SiO2为核，包覆了13nm厚的SnO2和8nm厚SnO2∶Sn2+，且有很好的分散性和粒度均一性。以甲基橙为目标降解物测试了催化剂的催化活性，发现当Sn2+的掺杂量为50％时催化剂催化活性最高，即在可见光下90min内可将甲基橙溶液降解完全。Sn2+的掺杂量会引起和改变SiO2/SnO2/SnO2∶Sn2+纳米催化剂的晶格缺陷和禁带宽度，进而影响样品的光催化性能。
　　将两个宽禁带半导体即n型半导体SnO2与p型半导体BiOCl进行复合，得到具有p-n结结构的BiOCl/SnO2复合催化剂。通过XRD、TEM、UV-vis、比表面积(BET)、XPS、荧光光谱(PL)、表面光电压(SPC)和莫特-肖特基曲线(Mott-Schottky)等检测手段对样品的结构和性能进行了表征。结果表明，SnO2纳米颗粒均匀的分散在BiOCl的表面上，且在接触界面形成p-n异质结。以罗丹明B(RhB)为目标降解物测试了催化剂的催化活性，发现当BiOCl与SnO2的质量比为0.5时催化剂的催化性能最好。BiOCl/SnO2复合材料在可见光下表现出良好的光催化活性主要归因于缺陷能级和p-n结的形成。
　　以SiO2纳米球为核，合成了SiO2/Ag/SnO2和SiO2/SnO2/Ag纳米球形催化剂。利用XRD、TEM、UV-Vis和扫描电镜(SEM)对样品的结构和形貌进行了表征。同时，以罗丹明B(RhB)溶液评估了催化剂的光催化性能。结果表明，SiO2/Ag/SnO2的催化活性明显高于SiO2/SnO2/Ag，在紫外光下30min内几乎可降解全部的RhB溶液，这可能与等离子体共振效应以及SnO2最外层的保护作用有关。同时发现，样品SiO2/Ag/SnO2具有良好的循环性能，循环5次光催化过程后，样品对RhB的降解效率仍能达到90％。
　　论文以n型半导体SnO2为基体，通过掺杂离子、复合p型半导体BiOCl和负载金属Ag单质的途径显著提高了SnO2催化剂的催化活性。此研究为制备相关材料提供技术依据的同时，有望为进一步拓展SnO2的应用领域提供理论支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 半导体光催化剂

1．1．1 半导体光催化原理

1．1．2 p-n型半导体-半导体光催化剂

1．1．3 金属-半导体光催化剂

1．1．4 其他半导体光催化剂

1．2 SnO2纳米材料

1．2．1 SnO2纳米材料基本特征

1．2．2 SnO2纳米材料的制备

1．2．3 SnO2纳米材料的应用

1．3 本论文选题依据及意义

参考文献

第二章 自掺杂SiO2／SnO2／SnO2：Sn2+纳米催化剂的合成、表征与光催化性能的研究

2．1 引言

2．2 SiO2／SnO2／SnO2：Sn2+纳米催化剂的合成与表征技术

2．2．1 实验步骤

2．2．2 实验试剂与仪器

2．2．3 样品结构与性能表征

2．3 SiO2／SnO2／SnO2：Sn2+纳米催化剂的结构表征与讨论

2．3．1 物相分析

2．3．2 形貌分析

2．3．3 XPS分析

2．3．4 紫外漫反射分析

2．4 SiO2／SnO2／SnO2：Sn2+纳米催化剂的光催化性能研究

2．4．1 光催化性能测试

2．4．2 光催化机理研究

2．5 小结

参考文献

第三章 BiOCl／SnO2异质结催化剂的合成、表征与光催化性能研究

3．1 引言

3．2 BiOCl／SnO2异质结催化剂的合成与表征技术

3．2．1 实验步骤

3．2．2 实验试剂与仪器

3．2．3 样品结构与性能表征

3．3 BiOCl／SnO2异质结催化剂的结构表征与讨论

3．3．1 物相分析

3．3．2 形貌分析

3．3．3 XPS分析

3．3．4 紫外漫反射分析

3．4 BiOCl／SnO2异质结催化剂的光催化性能研究

3．4．1 光催化性能测试

3．4．2 光催化机理研究

3．5 小结

参考文献

第四章 SiO2／Ag／SnO2以及SiO2／SnO2／Ag纳米催化剂的合成、表征与光催化性能研究

4．1 引言

4．2 SiO2／Ag／SnO2以及SiO2／SnO2／Ag纳米催化剂的合成与表征技术

4．2．1 实验步骤

4．2．2 实验试剂与仪器

4．2．3 样品结构与性能表征

4．3 SiO2／Ag／SnO2以及SiO2／SnO2／Ag纳米催化剂的结构表征与讨论

4．3．1 物相分析

4．3．2 形貌分析

4．3．3 紫外漫反射分析

4．4 SiO2／Ag／SnO2以及SiO2／SnO2／Ag纳米催化剂的光催化性能研究

4．4．1 光催化性能测试

4．4．2 光催化机理研究

4．5 小结

参考文献

第五章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

攻读硕士期间发表论文情况

致谢