静电纺丝法制备可见光响应异质结纳米复合物及其光催化性能研究

摘要

随着环境问题和能源危机的日益加重，半导体光催化技术也变得越来越重要。在众多的半导体催化体系中，由可见光响应的半导体材料形成的异质结，不仅能较大范围的吸收可见光，而且能促进光生电子空穴的分离，同时抑制其复合。这种异质结构显示出比单一催化剂更高的光催化活性，是解决催化剂材料量子效率低的有效途径。本文的目的是通过静电纺丝法制备六方相-YFeO3/α-Fe2O3异质结构纳米线和α-Fe2O3/Ag3PO4异质结构复合物，并研究异质结构对电子空穴分离的作用。
　　本文采用静电纺丝和煅烧的方法制备了六方相（h）YFeO3和正交相(o)YFeO3纳米线，和o-YFeO3相比，h-YFeO3具有更小的尺寸和更高的光催化降解RhB活性。采用静电纺丝和煅烧的方法制备α-Fe2O3，在550℃和700℃下煅烧Fe(NO3)3/PVP复合纤维分别得到α-Fe2O3纳米管和不规则的α-Fe2O3纳米线。光催化降解RhB和光解水实验显示在550℃煅烧得到α-Fe2O3纳米管具有更高的光催化活性。
　　采用静电纺丝和煅烧的方法制备h-YFeO3/α-Fe2O3异质结构纳米线，通过调节前驱体中Fe和Y的原子比来控制h-YFeO3和α-Fe2O3的相对含量。并对其光电化学和光降解RhB性能进行了测试，结果表明，h-YFeO3/α-Fe2O3异质结构具有比纯h-YFeO3和纯α-Fe2O3更高的光电离密度和光催化活性。其中h-YFeO3和α-Fe2O3的相对含量为1∶1时的催化活性最高。
　　采用静电纺丝和离子交换的方法制备α-Fe2O3/Ag3PO4异质结构复合物，其光解水结果显示异质结构的形成能够有效促进光生电子空穴的分离，对提高其光催化活性有积极作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 静电纺丝技术

1．2．1 静电纺丝装置及原理

1．2．2 静电纺丝技术影响因素

1．2．3 静电纺丝技术在光催化方面的应用

1．3 光催化技术概况

1．3．1 半导体光催化研究进展

1．3．2 光催化技术基本原理

1．3．3 影响光催化效率的因素

1．4 半导体异质结

1．4．1 半导体-半导体异质结

1．4．2 半导体-金属异质结

1．5 YFeO3和α-Fe2O3光催化剂概述

1．5．1 YFeO3催化剂概述

1．5．2 α-Fe2O3催化剂概述

1．6 课题研究内容与创新点

1．6．1 课题研究内容

1．6．2 课题创新点

第二章 静电纺丝法制备YFeO3纳米线及其光催化性能研究

2．1 引言

2．2 实验材料与方法

2．2．1 实验原料与仪器

2．2．2 实验过程

2．3 材料表征及测试手段

2．4 结果与讨论

2．4．1 YFeO3的形成过程

2．4．2 YFeO3纳米线形貌分析

2．4．3 YFeO3纳米线光学性能

2．4．4 YFeO3纳米线光催化性能

2．4．5 YFeO3纳米线光催化机理

2．5 本章结论

第三章 静电纺丝法制备α-Fe2O3及其光催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验材料与方法

3．2．1 实验材料与仪器

3．2．2 实验过程

3．3 材料表征及测试手段

3．4 结果与讨论

3．4．1 原始Fe(NO3)3／PVP复合纳米线的热分析

3．4．2 不同煅烧温度下α-Fe2O3的组成与形貌分析

3．4．3 不同煅烧温度下α-Fe2O3的光学性能

3．4．4 不同煅烧温度下α-Fe2O3的光催化性能

3．4．5 α-Fe2O3光催化机理

3．4．6 不同煅烧温度下α-Fe2O3的光解水性能研究

3．5 本章结论

第四章 异质结构复合物的制备及其光催化性能

4．1 引言

4．2 h-YFeO3／α-Fe2O3异质结构纳米线的制备及光催化性能研究

4．2．1 实验材料与方法

4．2．2 材料表征及测试手段

4．2．3 结果与讨论

4．3 α-Fe2O3／Ag3PO4异质结的制备及其光催化和光解水性能研究

4．3．1 实验材料与方法

4．3．2 材料表征方法

4．3．3 结果与讨论

4．4 本章结论

第五章 全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢