以锆酸锶为基体光催化剂的构建及其光解水应用

摘要

现代社会的发展是建立在化石燃料的基础上的，然而，化石燃料是一种不可再生资源，且开采使用不当会造成严重的环境污染和生态破坏。氢气由于其燃烧热值高，燃烧产物是水，无污染，而受到了广泛关注。利用取之不尽的太阳光进行光催化分解水，被认为能从根本上解决人类面临的环境污染和能源危机问题。 数十年来，在光催化研究方面获得了较大进展，但目前光催化效率仍难达到商业化应用的要求。光生电子和空穴容易发生复合，是其光催化效率低的原因之一。SrZrO3是一种钙钛矿型光催化剂，已被广泛用于荧光材料、传感器等方面，但该材料在光催化中的研究较少。本文基于SrZrO3材料，通过与g-C3N4、WO3等构建异质结构材料，研究了其在光催化产氢产氧中的作用。论文共分四部分： 第一章为绪论，主要综述了近年来光催化领域的研究进展，重点介绍了钙钛矿型半导体材料及g-C3N4、WO3等在光催化领域的应用情况。 第二章，SrZrO3是一种典型的钙钛矿结构半导体材料，具有5.25eV的禁带宽度，仅能响应波长为200-400nm的紫外光，且光生电子和空穴容易重新组合。为了解决这一问题，将其与g-C3N4材料简单混合煅烧处理，构建了g-C3N4/SrZrO3复合材料，并研究了其在紫外光和全光下的产氢活性。研究发现，SrZrO3导带上的电子可以通过界面接触转移至g-C3N4的导带上，扩大了其光谱吸收范围，促进了电子和空穴的分离，提高了光解水产氢效率。 第三章，WO3具有光谱吸收范围广、禁带宽度合适等特性成为目前研究最多的产氧光催化剂之一，但不具产氢性能，即本身不具备光解水的能力，而SrZrO3材料具有良好的产氢性能。鉴于此，通过一步煅烧法合成了SrZrO3/WO3复合光催化剂，并研究了其在全光下的产氢、产氧效率。结果表明，二者复合后，WO3催化剂的产氧活性有了大幅度的提高，提高了光催化效率。 第四章，对全文进行了简单的总结与展望。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2半导体光催化分解水的机理

1.3光解水催化剂的研究进展

1.4提高光催化水分解的方法

1.4.1构建Z型体系

1.4.2等离子体共振效应

1.4.3选用合适的助催化剂

1.4.4元素掺杂

1.5钙钛矿光催化剂的简介及应用

1.6 g-C3N4光催化剂的研究进展

1.7 WO3的性质及应用

1.8 论文选题与主要研究内容

参考文献

第二章 g-C3N4/SrZrO3光解水性能的研究

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2实验仪器

2.2.3催化剂的制备

2.2.4 光电流测试

2.2.5 光催化产氢测试

2.3 结果与讨论

2.3.1催化剂的表征

2.3.2 光催化性能测试

2.3.3 催化剂的光催化机理研究

2.4结论

参考文献

第三章 SrZrO3/WO3复合材料光解水性能的研究

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验试剂

3.2.2实验仪器

3.2.3催化剂的制备

3.2.4 光电性能测试

3.2.5 光催化产氢测试

3.2.6 光催化产氧测试

3.3结果与讨论

3.3.1催化剂的表征

3.3.2 光催化性能测试

3.3.3 催化剂的光催化机理研究

3.4结论

参考文献

第四章 总结与展望

硕士期间所获科研成果及参与课题

致谢