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【6h】

SnS2/SnO2纳米复合材料的合成与光催化性质

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目录

摘要

第一章 绪论

§1.1 引言

1.2 Cr(Ⅵ)废水的处理方法

1.3 半导体光催化原理

1.4 半导体光催化剂的研究现状

§1.4.1 SnS2光催化剂

§1.4.2 SnS2/SnO2概述

§1.5 本文的选题依据

§1.6 本文的主要研究内容与创新点

参考文献

第二章 空气中以Sn、S和NH4Cl为原料合成SnS2/SnO2纳米异质结及其光催化性质

§2.1 引言

§2.2 实验

2.2.1 实验所需试剂及设备

2.2.2 SnS2的制备

2.2.3 SnS2/SnO2复合材料的制备

2.2.4 SnO2的制备

2.2.5 产品表征

2.2.6 光催化实验

§2.3 结果与讨论

2.3.1 产品的XRD分析

2.3.2 产品的TEM分析

2.3.3 光学性质

2.3.4 产品的光催化性质

2.3.5 Cr(Ⅵ)水溶液中共存有机化合物对产品光催化效率的影响

2.3.6 电化学阻抗谱

§2.4 结论

参考文献

第三章 热氧化法合成SnS2/SnO2及光催化性质

§3.1 引言

§3.2 实验部分

3.2.1 实验所需试剂及设备

3.2.2 样品的制备

3.2.3 产品的表征

3.2.4 产品的光催化性能测试

§3.3 结果与讨论

3.3.1 产品的XRD分析

3.3.2 产品的TEM分析

3.3.3 SnS2/SnO2-3h的HRTEM分析

3.3.4 BET比表面积

3.3.5 光学性质

3.3.6 光催化测试

3.3.7 光催化作用机理探讨

3.3.8 SnS2/SnO2-3h与PM-SnS2/SnO2的光催化效率比较

3.3.9 Cr(Ⅵ)水溶液的pH值对SnS2/SnO2-3h光催化效率的影响

§3.4 Cr(Ⅵ)的初始浓度对SnS2/SnO2-3h光催化效率的影响

3.4.1 Cr(Ⅵ)水溶液中共存有机化合物对SnS2/SnO2-3h光催化效率的影响

3.4.2 SnS2/SnO2-3h的重复利用实验

§3.5 小结

参考文献

第四章 SnS2/SnO2纳米异质结的水热合成及其光催化还原Cr(Ⅵ)的性质

§4.1 引言

§4.2 实验部分

4.2.1 实验所需试剂及设备

4.2.2 样品的制备

4.2.3 产品的表征

4.2.4 产品的光催化性能测试

§4.3 结果与讨论

4.3.1 产品的XRD表征

4.3.2 产品的TEM和HRTEM分析

4.3.3 形成机制

4.3.4 BET比表面积

4.3.5 光学性质

4.3.6 光催化活性

4.3.7 光催化机理

4.3.8 异质结的影响

4.3.9 SnS2/SnO2-B的再生

4.3.10 SnS2/SnO2-B的光催化稳定性

§4.4 小结

参考文献

总结与展望

硕士期间发表的论文

致谢

声明

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摘要

半导体光催化还原法是一种具有发展前途的Cr(Ⅵ)废水处理方法。因此,近些年来半导体作为光催化剂在还原Cr(Ⅵ)方面的应用引起了人们的较大的兴趣。但是,高性能、低成本、无毒可见光催化剂的研发是实现其规模化应用的关键。本文采用三种不同的原位化学法(包括固相法和水热法)合成出了具有可见光光催化活性的SnS2/SnO2纳米复合材料。并且以合成的产物作为光催化剂,在可见光(λ>420 nm)照射下,光催化还原水中Cr(Ⅵ),研究其光催化性质。本文已完成的主要内容如下: 1、将Sn、S和NH4Cl的混合粉末在空气中于320度下加热反应2-4小时制备出不同组成的SnS2/SnO2纳米复合材料。采用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨电镜(HRTEM)、能谱(EDX)、N2吸附/脱附和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis)等检测手段表征了产品的结构、组成、BET比表面积和光学性质。SnS2/SnO2纳米复合材料的光催化性质通过其在可见光(λ>420 nm)照射下光催化还原水中Cr(Ⅵ)进行研究,并与SnS2纳米材料的光催化活性进行比较。考察了催化剂用量、Cr(Ⅵ)水溶液的初始浓度对SnS2/SnO2-3h光催化性质的影响。此外,还考察了当Cr(Ⅵ)水溶液中存在一些有机物(例如:苯酚,罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO))时,对SnS2/SnO2-3h光催化还原水中Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:(1)SnS2/SnO2纳米复合材料的光催化活性取决于它们的组成,其中SnS2/SnO2-3h具有最高的光催化活性;(2)所有合成的SnS2/SnO2纳米复合材料(例如:SnS2/SnO2-2h,SnS2/SnO2-3h和SnS2/SnO2-4h)总表现出比单一的SnS2纳米材料更高的光催化活性;(3)在其它条件相同的情况下,随着SnS2/SnO2-3h用量(100-500 mg)的增大或者K2Cr2O7水溶液的初始浓度的减小,Cr(Ⅵ)的还原率增大;(4)当Cr(Ⅵ)水溶液中存在苯酚、罗丹明B(RhB)时,提高了SnS2/SnO2-3h纳米复合材料的光催化效率;当Cr(Ⅵ)水溶液中存在甲基橙时,则降低了SnS2/SnO2-3h纳米复合材料的光催化效率。我们对光催化的结果进行了探讨和解释。 2、采用两步法制备SnS2/SnO2纳米复合材料,即首先采用水热法合成SnS2纳米片,然后将SnS2纳米片在空气中300度加热氧化2-4小时合成一系列不同组成的SnS2/SnO2纳米复合材料。采用XRD、TEM、HRTEM、EDX、N2吸附/脱附和紫UV-vis等检测手段表征了产品的结构、组成、BET比表面积和光学性质。以可见光(λ>420 nm)为光源、K2Cr2O7水溶液为底物,考察了合成的SnS2/SnO2纳米复合材料的光催化性质。比较了SnS2、 SnS2/SnO2-3h和PM-SnS2/SnO2(指的是使用物理混合法所制的与SnS2/SnO2-3h组成相同的复合样品)的光催化活性。考察了Cr(Ⅵ)水溶液的初始浓度和pH值对SnS2/SnO2-3h的光催化性质的影响。此外,还考察了当Cr(Ⅵ)水溶液中存在一些有机物(例如:苯酚、罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO))时,对SnS2/SnO2-3h纳米复合材料光催化还原水中Cr(Ⅵ)的影响。结果表明:(1)SnS2/SnO2纳米复合材料的光催化活性取决于它们的组成,其中SnS2/SnO2-3h具有最高的光催化活性;(2)SnS2/SnO2-3h纳米复合材料不但比SnS2、 SnO2和PM-SnS2/SnO2显示出更高的光催化活性,而且在重复使用中显示出较好的稳定性。(3)在其它条件相同的情况下,随着K2Cr2O7水溶液的初始浓度的减小,Cr(Ⅵ)的还原率增大;随着pH值的增大,SnS2/SnO2-3h光催化还原Cr(Ⅵ)的效率降低。(4)当Cr(Ⅵ)水溶液中存在苯酚、罗丹明B(RhB)时,提高了SnS2/SnO2-3h纳米复合材料的光催化效率;当Cr(Ⅵ)水溶液中存在甲基橙时,则降低了SnS2/SnO2-3h纳米复合材料的光催化效率。最后还讨论和解释了导致这些光催化结果的原因。 3、利用五水四氯化锡和不同量的硫代乙酰胺于190度水热反应6小时合成了不同组成的SnS2/SnO2纳米异质结(例如:SnS2/SnO2-A,SnS2/SnO2-B和SnS2/SnO2-C)。采用XRD、TEM、HRTEM、EDX、XPS、N2吸附/脱附和UV-vis等检测方式表征了产品的结构、组成、BET比表面积和光学性质。使用(λ>420 nm)的可见光为光源、K2Cr2O7水溶液为底物,考察了合成的SnS2/SnO2纳米异质结的光催化性质。此外,还比较了不同用量的SnS2、 SnS2/SnO2-B和PM-SnS2/SnO2(指的是使用物理混合法所制的与SnS2/SnO2-B纳米复合材料组成相同的复合样品)的光催化活性。结果表明:(1) SnS2/SnO2纳米异质结的光催化活性取决于它们的组成,其中SnS2的摩尔含量为70%的SnS2/SnO2-B纳米复合材料显示出最高的光催化活性;(2)100-300 mgSnS2/SnO2-B总显示出比相同用量的PM-SnS2/SnO2和SnS2纳米片更高的光催化活性;(3)使用1 mol/L的硝酸洗涤,可以有效地再生光催化使用后的光催化剂;(4)SnS2/SnO2-B纳米复合材料显示出良好的光催化稳定性;(5)Cr(Ⅵ)被还原为Cr(Ⅲ)。此外还讨论了SnS2/SnO2纳米异质结的形成机理,解释了上述光催化结果。

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