简述结构铋系层状化合物结构设计、功能化组装及其光催化性质

论文导读：
摘要：随着煤炭、石油等化石燃料的日益枯竭,人类正面对着巨大的能源危机,而消耗这些化石燃料的同时也带来了严重的环境污染不足。半导体光催化能够利用丰富的太阳能来分解水产氢、降解有机污染物和还原二氧化碳,这对全球新能源开发和环境治理有重要的作用。不过,以二氧化钛为代表的传统异相光催化材料带隙很宽,只能吸收太阳光中少量的紫外光部分；同时,其光生载流子容易复合,量子产率较低。为了使光催化技术进一步走向实用化,充分发挥其在氢能源开发、环境净化以及二氧化碳处理等方面的优势,进展新型高效的可见光光催化材料系统是必定走势。近年来的探讨发现,铋系化合物具有优异的可见光光催化活性,这就为进展实用高效的半导体光催化提供了重要的基础。任何材料的性能都是由其结构决定的,这些结构涉及晶体结构、电子结构、表面和界面结构等。同时,这也给人们提供了通过转变材料结构来优化提升其性能的途径。对半导体光催化材料而言,其光催化性能受光谱响应范围和载流子分离效率的影响,由此,可以通过转变半导体光催化材料的结构来推动其光谱吸收和载流子传输,进而实现高效的可见光光催化性能。在本论文中,我们重点探讨了铋系层状化合物材料,其独特的层状结构使得光生载流子在层间能够有效的分离和传输；另外,铋系层状化合物的层间离子具有很高的活性,可以发生嵌入、剥离、柱撑和离子交换等反应来转变结构,优化其光催化性能。根据结构和性能的相互联系,通过对铋系层状化合物进行结构设计、可控合成以及功能化组装,来获得高效的可见光光催化材料。在第一章中,我们首先介绍了半导体光催化的基本原理,主要运用以及可见光光催化材料的探讨进展。其次说明了半导体材料的结构和光催化性能的联系。接着介绍了层状化合物的结构特点和插层化学,并对铋系层状化合物进行了简单描述。最后阐述了该论文工作的选题作用、探讨思路和主要探讨内容。在第二章中,我们探讨了微结构调控,尤其是三维的分等级结构对铋系层状化合物光催化性能的影响。(1)利用微型乳液辅助溶剂热法合成出了三维分等级结构的BiOBr空心微球。通过选择不同的溶剂,制备出了不同形貌的BiOBr材料。系统探讨了BiOBr样品的形貌、结构及光吸收性质,初步探讨了BiOBr空心微球的生长机理。利用可见光下若丹明B染料的降解和六价铬离子的还原来评价了BiOBr空心微球的光催化活性,并探讨了BiOBr的不同形貌对其光催化性能的影响。(2)利用阴离子交换反应制备出了分等级结构的Bi2WO6空心微球。结合Kirkendall效应,探讨了Bi2WO6空心微球的形成机理。探讨了反应温度对产物物相的影响。系统探讨了Bi2WO6空心微球的光吸收和氮气吸附等性质。通过可见光下还原CO2来评价了其光催化活性,发现Bi2WO6空心微球能够有效的还原CO2为甲醇,结合CO2吸附和红外光谱对其机理进行了探讨。(3)通过低温湿化学策略合成了分等级结构的Bi2O2CO3微米花。通过转变前驱体溶液中的Bi3+/CO32-摩尔比,得到不同形貌的Bi2O2CO3微结构。探讨了Bi202CO3样品的结构和形貌特点,通过观察反应历程中间的产物,并结合材料的晶体结构,提出了Bi2O2CO3微米花可能的生长历程。利用橙染料的降解评价了Bi2O2CO3样品的光催化性能,并探讨了不同形貌对其光催化活性的影响。在第三章中,我们探讨了铋系层状化合物复合材料的光催化性能。(1)利用水浴法合成出了不同组分的AgI/BiOI纳米复合材料。表征了AgI/BiOI纳米复合材料的结构、形貌和光学性质。利用橙和苯酚溶液的降解来表征复合材料的光催化性质,并探讨了AgI含量对复合材料光催化性能的影响。探讨了AgI/BiOI纳米复合光催化材料的高活性和稳定性的理由。(2)结合贵金属纳米粒子的表面等离子体效应,设计和制备了高效的Ag/AgBr/BiOBr纳米复合光催化材料。探讨了BiOBr的分等级结构对离子交换反应制备AgBr纳米粒子尺寸和分散性的影响。系统探讨了复合材料的结构、形貌和光吸收等性质。通过降解有机污染物和杀菌来表征复合材料的可见光光催化活性。结合贵金属Ag纳米粒子的表面等离子体效应和复合半导体的性质,对Ag/AgBr/BiOBr纳米复合材料的高效光催化性能进行了合理解释。(3)根据窄带隙半导体纳米粒子的量子尺寸效应,设计出和合成了新型高效的Bi2S3纳米粒子/BiOCl复合光催化材料。探讨了不同硫源对制备的Bi2S3纳米颗粒尺寸的影响,进而调节Bi2S3纳米粒子/BiOCl复合材料的光吸收。探讨了复合材料的结构和形貌等特点。利用2,4-二氯苯酚的分解来评价了Bi2S3纳米粒子/BiOCl复合材料光催化活性,并探讨了Bi2S3纳米粒子的尺寸对该复合材料的光吸收和光催化性能的影响。结合Bi2S3纳米粒子的量子尺寸效应和复合半导体材料的性质,探讨了Bi2S3纳米粒子/BiOCl复合材料的光催化反应历程机理。在第四章中,我们探讨了晶体结构和电子结构调控对铋系化合物光催化性能的影响。(1)采取湿化学法,通过制约反应条件制备出了三种晶型的Bi203材料,分别为单斜相α-Bi2O3、四方相的β-Bi2O3和立方相的δ-Bi2O3。表征了不同晶型的Bi2O3材料的结构.形貌和光吸收等性质.利用橙染料和对氯苯酚溶液的降解来评价了Bi203的光催化性能,发现其催化活性遵循β-Bi2O3α-Bi2O3δ-Bi2O3。探讨了晶体结构和电子结构的协同效应对不同晶型的Bi203光催化材料的载流子传输和光谱吸收的影响,揭示了β-Bi2O3作为一种高效的可见光光催化材料。(2)利用高温淬火法合成出了Bi20TiO32亚稳相材料。探讨了制备历程对Bi20TiO32物相结构的影响。对材料的结构、形貌和光吸收等性质进行了表征。利用可见光下橙染料的降解来评价Bi20TiO32材料的光催化性能。通过对Bi20TiO32材料的能带结构计算,初步探讨了其光催化历程的机理。在第五章,对本论文的工作进行了总结,浅析和讨论了现有探讨工作有着的不足,并对未来的工作进行了展望。总之论文导读：
,铋系层状化合物材料具有良好的可见光光催化活性,可同时解决可见光吸收和载流子分离不足。根据结构和性能的相互联系,通过结构设计、功能化调控来优化提升铋系层状化合物的光催化性能,对于光催化在环境治理和二氧化钛还原等方面的实用化有重要作用。关键词：铋系层状化合物论文可见光光催化论文微结构调控论文分等级结构论文半导体复合论文晶体结构论文电子结构论文
本论文由www.7ctime.com,需要论文可以联系人员哦。摘要10-13
ABSTRACT13-17
第一章 绪论17-55
第一节 半导体光催化17-27

1.1 引言17

1.2 半导体光催化的基本原理17-20

1.3 半导体光催化的运用20-23

1.4 可见光光催化材料探讨进展23-27

第二节 半导体材料结构和光催化性能的联系27-35

1.2.1 晶体结构和电子结构28-29

1.2.2 量子尺寸效应29-30

1.2.3 微结构调控30-31

1.2.4 晶面调控31-32

1.2.5 半导体异质结32-35

第三节 铋系层状化合物材料35-44

1.3.1 无机层状化合物的基本结构35-37

1.3.2 无机层状化合物的插层化学37-40

1.3.3 铋系层状化合物材料40-44

第四节 选题作用及探讨内容44-49
参考文献49-55
第二章 三维分等级结构的铋系层状化合物材料55-94
第一节 引言55-56
第二节 分等级结构的BiOBr空心微球高效可见光光催化材料的制备、表征和光催化性能探讨56-67

2.1 引言56-57

2.2 实验部分57-58

2.3 结果与讨论58-66

2.4 本节结论66-67

第三节 分等级结构的Bi_2WO_6空心微球的制备、表征及其光催化性能探讨67-78

2.3.1 引言67

2.3.2 实验部分67-69

2.3.3 结果与讨论69-77

2.3.4 本节结论77-78

第四节 分等级结构的Bi_2O_2CO_3微米花的制备、表征及其光催化性能探讨78-88

2.4.1 引言78

2.4.2 实验部分78-79

2.4.3 结果与讨论79-88

2.4.4 本节结论88

第五节 本章总结88-90
参考文献90-94
第三章 铋系层状化合物复合光催化材料94-133
第一节 引言94-95
第二节 AgI/BiOI纳米复合光催化材料的制备、表征和光催化性质探讨95-107
3.

2.1 引言95-96

3.

2.2 实验部分96-97

3.

2.3 结果与讨论97-106

3.

2.4 本节结论106-107

第三节 Ag/AgBr/BiOBr纳米高效复合光催化材料的制备、表征和光催化性能探讨107-116

3.1 引言107-108

3.2 实验部分108-110

3.3 结果与讨论110-114

3.4 AgX/BiOX(X=Cl,I)纳米复合材料114-115

3.5 本节结论115-116

第四节 Bi_2S_3纳米粒子/BiOCl复合光催化材料的制备、表征和光催化性能探讨116-127

3.4.1 引言116-117

3.4.2 实验部分117-119

3.4.3 结果与讨论119-126

3.4.4 Bi_2S_3/BiOBr纳米复合材料126-127

3.4.5 本节结论127

第五节 本章总结127-129
参考文献129-133
第四章 晶体结构和电子结构对铋系化合物光催化性能的影响133-154
第一节 引言133-134
第二节 晶体结构和电子结构的协同效应对Bi_2O_3材料光催化性能的影响134-144
4.

2.1 引言134-135

4.

2.2 实验部分135-136

4.

2.3 结果与讨论136-143

4.

2.4 本节结论143-144

第三节 新型亚稳相Bi_(20)TiO_(32)可见光光催化材料的制备、表征及光催化性能探讨144-149
4.

3.1 引言144-145

4.

3.2 实验部分145

4.

3.3 结果与讨论145-149

4.

3.4 本节结论149

第四节 本章总结149-151
参考文献151-154
第五章 总结与展望154-159
致谢159-160
攻读博士学位期间的获奖情况、公开发表的论文及申请专利160-164
附录：英文论文(原文)164-174
附件174