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你可能喜欢可见光响应型银基固溶体的制备、表征及性能--《内蒙古大学》2016年硕士论文
可见光响应型银基固溶体的制备、表征及性能
【摘要】：环境污染是当今社会面临的严峻挑战之一,基于太阳能的光催化技术有效降解污染物是一种低成本高效治理环境污染的新途径。传统光催化材料面临的问题主要包括太阳光响应范围窄、光催化反应效率低等问题。近年来,开发具有可见光响应活性的新型光催化材料是光催化领域中的研究热点。固溶体光催化材料是利用两种半导体来形成固溶体。它的电子结构受固溶体组成的影响,通过改变成分能够实现对半导体带隙的连续可调。其中,银基固溶体光催化材料在可见光范围内有较大的吸收,同时具有较高的光催化活性和稳定性,在光催化领域有较大的优势和应用潜力。本论文中,介绍了以CH3COONa,Al(NO3)3·9H2O和Ga(NO3)3·nH2O为原料通过改变Al3+与Ga3+的比例,利用溶胶凝胶法制备出β-NaAl1-xGaxO2,然后经过阳离子置换制备出禁带宽度可连续调控的β-AgAl1-xGaxO2。以及SBA-15,CMK-3模板制备。利用CMK-3介孔碳为辅助模板,用浸渍法制备介孔β-AgAl0.4Ga0.6O2。利用光化学沉积法,对β-AgAl0.4Ga0.6O2负载贵金属Ag。通过PANalytical Empyrean X射线衍射仪测试了样品的晶体结构和介观结构。通过Hitachi S-4800型扫描电子显微镜表征了样品的形态、形貌。通过ASAP2020比表面积分析仪对介孔β-AgAl0.4Ga0.6O2进行N2吸-脱附等温测试。通过Hitachi U-3900型紫外分光光度计测试出样品的紫外光谱。然后利用Kubelka-Munk公式计算出样品的禁带宽度。通过Hitachi F-7000型荧光分光光度计测试出样品的荧光光谱。一系列实验结果表明,β-AgAl1-xGaxO2通过改变银基固溶体的成分,实现对光学带隙的连续调控,进而拓展对可见光的响应范围。从而提高银基固溶体的光催化性能。介孔β-AgAl0.4Ga0.6O2提高了银基固溶体的比表面积,为进一步提高光催化性提供可能。负载贵金属Ag也是一个可行的方法进而提高光催化性能。以甲基橙为研究测试对象,测试了β-AgA1-xGaxO2的光催化性能。所合成的β-AgAl1-xGaxO2具有很好的光催化性能,其中β-AgAl0.2Ga0.8O2具有最好的光催化性能。结果表明,通过连续调控银基固溶体的禁带宽度,β-AgAl1-xGaxO2可以更有效利用太阳能降解污水中的有机染料。
【关键词】：
【学位授予单位】：内蒙古大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2016【分类号】：O643.36【目录】：
摘要4-6ABSTRACT6-11第一章 引言11-22 1.1 半导体光催化剂的研究背景11-14
1.1.1 半导体光催化剂的催化原理12-13
1.1.2 可见光响应型光催化剂研究现状13-14 1.2 银基光催化剂的研究背景14-16
1.2.1 银基光催化剂的催化原理14-15
1.2.2 银基光催化剂的发展现状15-16 1.3 介孔材料的概述16-17 1.4 介孔材料的合成方法17-20
1.4.1 软模板法17-18
1.4.2 硬模板法18-19
1.4.3 软、硬模板法的比较19-20 1.5 光催化剂负载贵金属的相关背景20 1.6 研究内容及选题意义20-22第二章 实验药品、相关仪器设备及表征测试方法22-26 2.1 实验药品和仪器22-23
2.1.1 实验药品22-23
2.1.2 实验制备材料仪器及设备23 2.2 实验表征仪器23-25
2.2.1 X射线衍射仪(XRD)23-24
2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)24
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)24
2.2.4 N_2吸-脱附分析仪24
2.2.5 紫外分光光度计24
2.2.6 荧光分光光度计24-25 2.3 光催化性能测试25-26第三章 可见光响应的β-AgAl_(1-x)Ga_xO_2制备、结构表征及光催化性能26-39 3.1 β-AgAl_(1-x)Ga_xO_2的制备与结构表征26-32
3.1.1 实验部分26
3.1.2 结果与讨论26-32 3.2 β-AgAl_(1-x)Ga_xO_2的光催化性能测试32-37
3.2.1 实验方法32-33
3.2.2 结果与讨论33-37 3.3 本章小结37-39第四章 相关介孔材料的制备及结构表征39-47 4.1 SBA-15制备与结构表征39-42
4.1.1 实验制备方法39
4.1.2 实验结果与讨论39-42 4.2 CMK-3制备与结构表征42-46
4.2.1 实验制备方法42
4.2.2 实验结果与讨论42-46 4.3 本章小结46-47第五章 可见光响应型介孔β-AgAl_(0.4)Ga_(0.6)O_2制备、结构表征47-52 5.1 介孔β-AgAl_(0.4)Ga_(0.6)O_2制备47 5.2 介孔β-AgAl_(0.4)Ga_(0.6)O_2的表征47-51 5.3 本章小结51-52第六章 可见光响应型β-AgAl_(0.4)Ga_(0.6)O_2负载的Ag制备、结构表征52-57 6.1 β-AgAl_(0.4)Ga_(0.6)O_2负载Ag制备52 6.2 β-AgAl_(0.4)Ga_(0.6)O_2负载Ag的表征52-56 6.3 本章小结56-57第七章 总结与展望57-59 7.1 总结57-58 7.2 展望58-59参考文献59-63攻读学位期间发表的学术论文目录63-64致谢64
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京公网安备75号二氧化钛纳米线阵列制备及其性能研究--《哈尔滨工业大学》2014年硕士论文
二氧化钛纳米线阵列制备及其性能研究
【摘要】：本次试验在FTO导电玻璃基底上通过水热反应制备一维取向金红石结构的TiO2纳米线阵列材料，以N719染料敏化光阳极，组装染料敏化太阳能电池，测试器件的光电性能。主要研究材料的生长机理，在水热反应中前驱体体积，反应与刻蚀的时间，溶剂组分对TiO2纳米线阵列微观相貌的影响。通过SEM观察薄膜的形貌组织，原子力显微镜测试薄膜材料的表面粗糙度，通过XRD分析材料晶型结构，紫外可见分光光度计测试材料的性能及禁带宽度大小，通过J-V曲线表征器件性能参数。
预先通过0.2M TiCl4溶液对FTO基底预处理，550oC退火制备种子层，对比不同钛的前驱体溶液制备TiO2纳米线阵列, TiCl4可制备有一定长径比的纳米线阵列，进而研究不同体积的TiCl4溶液，不同反应时间对制备纳米线薄膜的影响，对纳米线阵列进行不同时间的刻蚀，以不同刻蚀时间的TiO2纳米线阵列组装器件，刻蚀3h时可制备器件的效率为2.21%。
考察以无水乙醇为溶剂可制备晶粒尺寸小、致密的TiO2纳米线阵列薄膜。不同体积的C2H5OH制备TiO2纳米线阵列材料测试紫外可见吸光光谱分析材料在可吸收370nm到390nm波长的入射光，计算禁带宽度Eg值，为3.332eV到3.276eV范围内。分析器件的J-V曲线，当以25ml的C2H5OH合成的TiO2纳米线阵列阳极材料，纳米线阵列长度为29.52μm，组装器件开路电压为646mV，短路电流密度5.47mA/cm2，填充因子为0.76。光电转化的效率有为2.82%。
【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TB383.1;TQ134.11【目录】：
摘要4-5Abstract5-6目录6-8第一章 绪论8-23 1.1 课题研究背景意义8-10 1.2 TiO_2纳米阵列在染料敏化太阳能电池的研究进展10-13
1.2.1 光阳极材料性能分析10-11
1.2.2 染料敏化太阳能电池研究发展11-13 1.3 染料敏化太阳能电池的原理13-14 1.4 染料敏化太阳能电池的表征参数14-15 1.5 TiO_2纳米线阵列制备方法15 1.6 染料敏化太阳能电池面临的问题15-22
1.6.1 TiO_2光阳极16-17
1.6.2 染料的研究进展17-20
1.6.3 电解质的研究进展20
1.6.4 对电极的研究进展20-22 1.7 课题研究目的与主要研究内容22-23第二章 实验部分23-31 2.1 实验材料及仪器23-24
2.1.1 实验药品23
2.1.2 实验仪器23
2.1.3 FTO 导电玻璃基底23-24
2.1.4 对电极玻璃24
2.1.5 其他试剂24 2.2 实验步骤24-26
2.2.1 TiO_2纳米线阵列薄膜的制备24-25
2.2.2 染料的制备与薄膜的敏化25
2.2.3 电解质溶液的配制25
2.2.4 对电极的制备25-26
2.2.5 DSSC 的封装26 2.3 TiO_2纳米线阵列薄膜与器件的表征26-31
2.3.1 X 射线衍射仪26-27
2.3.2 SEM 扫描电镜电子显微镜27-28
2.3.3 原子力扫描探针显微镜28-29
2.3.4 紫外可见分光光度计29
2.3.5 光电性能的测量29-31第三章 TiO_2纳米线阵列可控生长与性能研究31-46 3.1 引言31 3.2 以钛酸四丁酯为前驱体制备 TiO_2纳米线阵列31-34 3.3 TiCl_4为前驱体制备 TiO_2纳米线阵列薄膜34-42
3.3.1 不同体积的前驱体对 TiO_2纳米线阵列形貌的影响34-36
3.3.2 不同反应时间对 TiO_2纳米线阵列形貌的影响36-39
3.3.3 原子力显微镜测试薄膜的形貌39-40
3.3.4 刻蚀时间对 TiO_2纳米线阵列形貌的影响40-42 3.4 器件的 J-V 曲线的测试及分析42-44 3.5 本章小结44-46第四章 溶剂对 TiO_2纳米线阵列生长影响及性能研究46-59 4.1 引言46 4.2 不同体积 H_2O 与 HCl 对 TiO_2纳米线阵列形貌的影响46-49 4.3 不同溶剂制备的 TiO_2纳米线阵列形貌49-50 4.4 以乙醇为溶剂制备 TiO_2纳米线阵列材料50-52 4.5 TiO_2纳米线阵列薄膜的紫外可见吸收光谱52-55
4.5.1 紫外可见吸光光谱分析52-53
4.5.2 计算禁带宽度 E_g53-55 4.6 器件的 J-V 曲线的测试及分析55-57 4.7 本章小结57-59结论59-60参考文献60-67致谢67
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