摘要
伴随着工业的快速发展，因工业废水排放而导致的环境污染问题不断增加。太阳能驱动的光催化技术是一种绿色可持续发展技术，是解决能源与环境问题的最有效方法之一。CeO2作为典型的稀土氧化物，具有优异的物理化学性质。在纳米CeO2中，Ce3+和Ce4+共存，含有一定量的氧空位，氧空位在催化过程中起到促进作用，所以CeO2常常被应用于光催化降解有机染料。但是氧化铈的带隙较大(3.1eV)，不能很好的利用可见光，单一组分的氧化铈的电子-空穴的复合率较高，所以单一的氧化铈的光催化效率有限。本文针对上述缺陷，对CeO2光催化材料采取多种策略进行改性研究，来提高它的光催化性能。本研究的主要内容与结论如下： （1）以MoS2纳米花与超细CeO2纳米粒子自组装的方式，并经过高温氮气退火，合成了花状MoS2-CeO2异质结材料。通过XRD、SEM、(HR)TEM、BET、XPS、UV-Vis和PL等表征方法分析了花状CeO2-MoS2异质结构材料的晶体结构、形态、比表面积、化学状态和光学性质。花状CeO2-MoS2异质结材料具有较大的比表面积和较强的吸附能力。在甲基橙的光降解实验中，20％CeO2-MoS2材料具有最佳的光催化性能，20％CeO2-MoS2在90分钟内的降解效率达到96.1％，反应速率常数(k)为0.0325min-1，远远超过了单组分MoS2和单组分CeO2。经过详细分析，我们了解到大的比表面积、电子-空穴对的快速分离以及出色的可见光吸收有助于提高光催化能力。 （2）通过水热法与热分解法，在不添加模板的情况下，制备出单分散核壳结构的CeO2纳米微球，经过汞灯辐照将Ag纳米颗粒原位生长于CeO2外壳表面，合成了Ag修饰的核壳结构氧化铈纳米微球(Ag-CeO2)。Ag纳米粒子在CeO2表面产生局域等离子体共振(LSPR)效应有效促进Ag-CeO2样品的光生电子-空穴的分离效率并增强它的可见光吸收能力。相比于单一组分的CeO2纳米微球，Ag-CeO2样品具有更优异的光催化能力。在模拟太阳光照射下，Ag-CeO2样品在2h内对甲基橙的降解率达到93.2%。 （3）通过煅烧介孔二氧化硅(mSiO2)包覆的Cu2+掺杂的Ce-UiO-66前驱体制备出具有空心结构的Cu/CeO2@mSiO2(CDC@mSiO2)样品。BET分析表明CDC@mSiO2具有介孔结构和超大的比表面积(397.7m2/g)，能够为光催化反应提供更多活性位点。紫外吸收光谱与PL光谱表明Cu2+的引入使样品吸收边发生红移并且加快电子-空穴的分离效率。CDC@mSiO2样品具有最佳光降解效率，在模拟太阳光照射下，在2小时内对甲基橙的降解率为92.6%，光催化速率常数为0.0221min-1。经过4轮循环实验，依然具有优秀的光催化活性。依据表征分析与实验结果，提出甲基橙降解机理。
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