摘 要

由于有害气体增多污染自然从而影响了人类的生存环境，考虑到丰富的太阳能与光热转换技术结合，利用光能与半导体催化降解有害气体成为了一种十分方便经济高效的方式。在过去的几十年里，半导体光催化因在降解较为稳定的有机物方面比单纯的热催化更加有效而被人们广泛关注。但实际上，利用多余的因为能量限制而无法使用的绝大多数光去提高催化材料的温度，把温和的热催化与光催化结合使用，前景应该会很好。但是贵金属催化剂成本高，且常会引起催化剂中毒。由文献可知，新型的钙钛矿型氧化锰酸盐氧化物材料，在光催化降解污染物方面还没有得到广泛的应用，加上钙钛矿本身的独特结构与性能，因此，钙钛矿型稀土氧化物成为目前催化领域的热点。因此，把温和的热催化与光催化结合使用，达到光热协同催化效应，具有广阔前景。

本文通过溶胶凝胶法制备的PrMnO₃在800~1000 °C的范围内有较好的烧结现象。光热转换实验中，测得PrMnO₃样品的光热转换效率都在85%以上，表现出了明显的光热转换效果，说明PrMnO₃是良好的光热转换材料。在光热协同催化实验中，900 °C烧结温度下制备的PrMnO₃样品具有最好的光热协同催化性能，对异丙醇的降解率可以高达70％。之后我们通过测试样品的电导率，发现900 °C烧结温度下制备的PrMnO₃样品具有最高的电导率，这是该样品具有最好的催化性能的原因之一。

关键词：钙钛矿 光热转换 光热协同催化

ABSTRACT

Due to the increase of harmful gases and natural pollution, it affects the living environment of human beings. Considering the combination of abundant solar energy and photothermal conversion technology, the use of light energy and semiconductor catalysis to degrade harmful gases has become a very convenient and cost-effective way. In the past few decades, semiconductor photocatalysis has been widely concerned because it is more effective than pure thermal catalysis in degrading organic matter. But in fact, the vast majority of light that cannot be used because of energy limitation can increase the temperature of the catalytic material, and the combination of mild thermal catalysis and photocatalysis should have a good prospect. However, precious metal catalysts are costly and often cause catalyst poisoning. It is known from the literature that the new perovskite-type manganese oxide oxide material has not been widely used in photocatalytic degradation of pollutants, and the unique structure and properties of perovskite itself, therefore, perovskite type Rare earth oxides have become a hot spot in the field of catalysis. Therefore, the combination of mild thermal catalysis and photocatalysis to achieve photothermal synergistic catalytic effect has broad prospects.

In this paper, PrMnO₃ prepared by sol-gel method has a good sintering phenomenon in the range of 800~1000 °C. In the photothermal conversion experiment, the photothermal conversion efficiency of the PrMnO₃ sample was above 85%, showing obvious photothermal conversion effect, indicating that PrMnO₃ is a good photothermal conversion material. In the photothermal synergistic catalysis experiment, the PrMnO₃ sample prepared at 900 °C sintering temperature has the best photothermal synergistic catalytic performance, and the degradation rate of isopropanol can be as high as 70%. After testing the conductivity of the sample, we found that the PrMnO₃ sample prepared at 900 °C sintering temperature has the highest conductivity, which is one of the reasons for the best catalytic performance of the sample.

Keywords：Perovskite; Photothermal conversion; Photothermal synergistic catalysis

目录

摘要…………………………………………………………………………………………………………………………………………..Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………………………..……Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 课题背景 1

1.2 钙钛矿型氧化物的结构特征与性能分析 1

1.2.1 钙钛矿型氧化物的结构特征 1

1.2.2 钙钛矿型氧化物的典型性能 2

1.3 选择性光谱材料 3

1.4 光热协同催化作用 3

1.4.1 降解挥发性有机物 4

1.4.2 汽车尾气净化 5

1.4.3 光热分解水制备氢气 5

1.5 选题依据以及研究内容 5

1.5.1 选题依据 5

1.5.2 研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料 7

2.2 实验的仪器设备 7

2.3 钙钛矿型锰酸盐样品的制备 8

2.4 样品的烧结温度与结构表征 9

2.4.1 热重-差示扫描量热分析 9

2.4.2 X射线衍射分析 9

2.5 样品性能测试 9

2.5.1 光学性能分析 9

2.5.2 电性能测试分析 10

2.5.3 催化性能测试 10

第三章 钙钛矿型锰酸镨的制备及其性能的研究 11

3.1 热重—差示扫描量热分析 11

3.2 X射线衍射分析（XRD） 11

3.3 光学性能 13

3.3.1 紫外-可见-近红外光谱检测分析 13

3.3.2 傅里叶变换红外光谱分析 14

3.3.3 光热转换实验与电学性能 15

3.4 催化 19

3.5 本章小结 19

第四章 结论与展望 21

4.1 结论 21

4.2 展望 21

参考文献 22

致谢 25

2. 绪论
   1. 课题背景

由于有害气体增多污染自然从而影响了人类的生存环境，考虑到丰富的太阳能与光热转换技术结合，利用光能与半导体催化降解有害气体成为了一种十分方便经济高效的方式。太阳光中在0.3~3 μm的短波范围内的光波组分高达99%，其中，有6.4%被紫外光波（lt;0.4 μm）部分占据，可见光波（0.4~0.76 μm）部分和近红外光波（0.7~2.5 μm）分别占48%和45.6% ^[1]。太阳每天辐射到地球表面的能量远远大于当前全世界能量消耗的总和，因此，如何高效的收集利用太阳能已成为如今研究的一大热门课题。

• 1. 钙钛矿型氧化物的结构特征与性能分析

1. 钙钛矿型氧化物的结构特征

复合氧化物是指含两个或两个以上不同阳离子的氧化物，与简单氧化物相比较而言，复合氧化物具有复杂多变的结构和多样的性能。其中，钙钛矿型氧化物是复合氧化物体系中重要的成员之一，它的化学通式可表示为ABO₃，A位和B位分别代表着不同阳离子。一般来说^[2]，半径较大的金属离子会处于A位，这些金属离子有稀土金属离子（如Sc、Pr、Ce等）和碱土金属离子（如Ca、Ba、Sr等），该离子位于一个立方体的顶点，和12个氧配位组合；处于B位的离子是相对来说半径小一些的过渡金属离子（比如Mn、Ti、Ni等），该离子与6个氧离子一起组合成了一个八面体并且处于该八面体结构（BO₆）的中心位置。另外BO₆八面体堆积会形成马德伦能，而马德伦能会决定钙钛矿结构的稳定性^[3]。钙钛矿型氧化物的理想结构是空间群为Pm3m的立方晶格，如图1-1所示。

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