摘 要

TiO₂光催化剂是最早研究且获得广泛研究的半导体材料，但其受到禁带宽度（3.2eV）的限制，即TiO₂仅能在紫外光区响应。为了进一步提高TiO₂的光催化效果，需要对TiO₂进行改性，如贵金属沉淀、染料敏化、离子加入和半导体掺杂，提高了量子效果，改善了TiO₂的可见光响应性。异质结是半导体领域的一个重要概念，其内建电场能够驱使光生电子-空穴有效分离，宽带半导体复合窄带半导体构成的异质结还能叠加两者的光响应能力，在光催化剂的研制过程中引入异质结结构有望解决TiO₂光催化剂存在的问题。

关键字：光催化 异质结 TiO₂ 可见光 g-C₃N₄

ABSTRACT

TiO₂ photocatalyst is the semiconductor material that was earliest research and extensive study, but it is limited by the gap of band(3.2eV), TiO₂ can only response in the UV irradiation. In order to further improve the photocatalytic efficiency of TiO₂, it need to modify TiO₂, such as dye sensitization, ion doping, noble metal deposition and semiconductor composite to improve the quantum efficiency, and the visible light response. Heterojunction is one of the most important concepts in the field of semiconductor, the built-in electric field can drive photoinduced electron hole effective separation, semiconductor heterojunction that was made of composite of broadband semiconductor and narrowband composite can superimpose both of their light response ability, it is expected to solve the problems of TiO₂ photocatalyst by joining in heterojunction structure in thedeveloping process of the photocatalyst.

KEYWORDS: photocatalysis；heterojunction；carbon nitride；visible ligh

摘 要 ii

ABSTRACT iii

第一章 绪论 1

1.1半导体的光催化机制 2

1.1.1 半导体带隙激发 2

1.1.2 半导体光催化机理 2

1.2TiO₂光催化剂 3

1.2.1 TiO₂的晶体结构 3

1.2.2 TiO₂的能带结构 4

1.3 TiO₂光催化剂的制备 4

1.3.1 水热或溶剂法 5

1.3.2 微乳液法 6

1.4 影响TiO2光催化活性的因素 6

1.4.1 粒径与比表面积的影响 6

1.4.2 催化剂用量的影响 6

1.4.3 溶液pH值得影响 7

1.4.4 光源和光照强度的影响 7

1.5 TiO₂光催化性能的改性 7

1.6 氮化碳的研究综述 8

1.6.1氮化碳的研究背景 8

1.6.2 g-C₃N₄的结构 8

1.6.3 g-C₃N₄的制备 8

1.6.4 g-C₃N₄的应用 9

1.7 本文选题意义及研究内容 9

1.7.1 本文选题意义 9

1.7.2 本文研究内容 9

第二章 实验部分 11

2.1 试剂及设备 11

2.1.1 实验原料与试剂 11

2.1.2 实验仪器与装置 11

2.2 催化剂制备 11

2.2.1 TiO₂纳米催化材料的制备 11

2.2.2 g-C₃N₄材料的制备 12

2.2.3 Fe-TiO₂复合光催化剂的制备 12

2.2.4 Fe-TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂的制备 12

2.3 催化材料的表征 12

2.3.1 X射线衍射（XRD） 12

2.3.2傅立叶红外光谱（FT-IR） 13

2.3.3 紫外可见吸收光谱（UV-vis） 13

2.4 光催化性能测试 13

2.4.1 原料与试剂 13

2.4.2 甲基蓝标准曲线的绘制 13

2.4.3 光催化活性测试及数据处理 14

第三章 结果与讨论 16

3.1 Fe-TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂的结构分析 16

3.2傅里叶红外分析 17

3.3光学性能分析 18

3.4光催化性能 19

第四章 结论与展望 20

4.1 研究结论 20

4.2 研究展望 20

参考文献 21

致谢 25

第一章 绪论

传统能源的日益消耗和自然环境逐步恶化，人类必然直面能源和环境这两大难题。当下，人们主要使用的是煤，石油，天然气等化石能源，但这些能源都是不可再生的，所以现在寻找新的能源这个话题受到广泛的重视^[1-3]。以目前来看，太阳能^[4]、水能^[5]、风能^[6]、地热^[7]等是取之不尽、用之不竭的可再生能源，如果把这些可再生能源转化为可储存的电能、化学能并将它们收集起来。那么它们将成为巨大的能源来源。

从环境角度来看，人类赖以生存的环境和生态正在日益严重的被破坏，其最主要的来源就是化石能源的利用，随着人们对生态环境破坏的日益重视，有效的治理污染与控制生态环境不再被破坏成为了当前人类的首要目标。在这当中，水污染^[8]和空气污染^[9]的治理成为研究者们的一个重要课题。

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