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光子晶体的制备与新型纳米光催化材料的研究

【摘要】:有机物污染等环境问题给人类的可持续发展带来威胁,为了处理这个重大问题,光催化作为绿色能源被提出,用来降解各种污染物。光催化技术发展的首要条件是提高光催化效率。由于光子晶体在光催化应用上具有良好的应用前景,所以我们制备了聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球,并采用流速可控自组装和重力自组装法制备三维蛋白石光子晶体。通过对比与研究总结出:聚甲基丙烯酸甲酯微球相对于聚苯乙烯微球来说具有制备周期短、性质稳定、在常温下易储存等特点;聚苯乙烯微球具有粒径大小容易控制,并且在功能材料模板的制作中成功率高等优点。当前,二氧化钛是最普遍的光催化剂。然而二氧化钛的禁带宽度较大,导致它仅在紫外光下才能显示出高效的光催化活性,制约了自身的实际应用。对于自然光而言,必不可少的是发展可见光催化。最近,高效降解污染物的可见光响应的光催化剂的合成成为科研领域的一个热点,在可见光响应方面Bi_2WO_6相对于二氧化钛具有更高的优势。Bi_2WO_6是一种特殊的氧化物,由于这种氧化物的特殊结构,使它具有优越的物理性质和化学性质。根据报道,Bi_2WO_6这种材料的微观结构对于罗丹明B溶液的降解在可见光下可以显示出很高的光催化活性。碳量子点(Carbon quantum dots CQDs)由于其自身的优越性质近年来受到了科学研究者们的广泛关注。碳量子点由两个共轭的π键组成,在光的激发下它们能够承担电子的传输和电子的接受,这种性质也使得碳量子点在光催化应用方面具有良好的前景。根据公式Eg=hv(h为普朗克常量,v为光的频率),可见光激发的能量相对于紫外光来说较低,不能使空穴和电子对有效地分离,因此不能获得更多的空穴和氧化电位,水中的有机物也就不能得到完全的降解。为了得到更多的空穴和氧化电位,上转换发光材料得到了广泛的应用,我们将稀土离子掺杂在Bi_2WO_6中,受红外光激发的稀土离子产生能量,并将能量传递给Bi_2WO_6,使Bi_2WO_6价带和导带之间的空穴和电子对有效地分离,进而增强光催化效果。最终本篇文章将碳量子点与稀土离子掺杂的Bi_2WO_6复合,并进行了光催化活性的测试,催化效率提高了30%。利用实验室已有的方法制备了大比表面积的介孔C_3N_4,并与Bi_2WO_6复合形成异质结,从而增强了原光催化剂C_3N_4的催化效率,并讨论了复合的Bi_2WO_6的量与样品比表面积之间的关系,确定了使光催化剂的催化效果达到最优的比例值。

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