压电型光催化剂的制备及其协同催化降解盐酸四环素的研究

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中文摘要：光催化材料作一种水环境修复的绿色材料，在研究应用过程中存在光谱响应范围窄或光生载流子分离效率低的现实缺陷。近年来，在压电催化研究领域中，诸多具有压电特性的催化材料因存在能够促进光生电荷分离的极化内建电场而备受关注，可促使更多氧化还原反应的进行。本文主要研究典型压电催化材料BaTiO3、ZnO与光催化半导体材料复合的设计和制备，探究复合型催化剂协同催化活性与反应机制。主要研究内容及结论如下： 1.基于压电型光催化协同反应机理，以压电光电子学为理论基础，设计和制备CTOC/BaTiO3/CuS异质协同催化剂；采用两步水热法，制备具有不同复合质量比的BaTiO3/CuS复合材料，并利用超声复合法，在具有最佳复合比例的BaTiO3/CuS材料表面组装CTOC，制备了CTOC/BaTiO3/CuS复合材料，考察其协同催化降解盐酸四环素的反应活性，研究压电效应对光催化效能的提升机制，证实光能与振动能双向利用的实验可行性。研究证明，在超声外力的作用下，BaTiO3产生的稳定极化内置电场能够促进CuS和CTOC半导体材料中自由电子的分离和迁移，在60min内盐酸四环素分解率约达到100％。通过外部机械作用，压电材料与光催化材料的耦合，提高了光生空穴和电子的分离与迁速率，促进活性物质浓度的提升，改善了催化反应效能，亦为高性能光催化材料的改性发展提供了一种策略。 2.合成了ZnO/CuS纳米异质结构，研究光-压电协同降解盐酸四环素的催化性能与反应机制；运用水热法和煅烧法制备了具有不同形貌特征的ZnO纳米晶体材料。以ZnO纳米棒为基底，制备ZnO/CuS协同催化材料，研究不同反应条件下材料的降解反应能力，探究由具有双重特性材料制备的异质结催化剂在促进光催化性能提升过程中的反应机制。研究结果表明，ZnO作为同时具有光催化和压电催化性能的半导体材料，通过获取外部振动作用力，被诱导产生的极化电荷利于异质结界面能带结构的调控，加速了ZnO与CuS材料内部光诱导所产生电子和空穴的分离与迁移。在60min内盐酸四环素降解效率达到85.15％，优于单个催化条件下的反应效能，实现了光催化和压电催化作用效应的协同耦合双应用。

作者：

周鲁平

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关键词：

水环境污染盐酸四环素光催化剂压电效应异质结

授予学位：

硕士

学科专业：

化学工程与技术

导师：

李宇亮

学位年度：

2022

学位授予单位：

长安大学

语种：

中文

中图分类号：