给大家推荐5篇关于光催化的计算机专业论文

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铌酸钾基复合材料的合成、表征及光催化性能研究

这是一篇关于KNbO3,光催化,水热法,化学沉淀法,六价铬还原,光催化产氢的论文, 主要内容为化石燃料的不可再生特性和二氧化碳的排放给环境带来了严重的污染,开发新的光催化及新能源技术,运用更好的环境友好的方式来生产可再生能源是至关重要的。在不同的能源中,太阳能被认为是最清洁和环境友好的可再生能源之一,可以作为化石燃料的替代品开发利用。光催化、光电催化和电催化等不同的工艺正在开发中,能够有效地利用太阳光能光解水制氢和环境污染修复。开发具有高催化活性的新型单一材料体系或复合材料一直是人们追求的目标。到目前为止,已经开发了不同的光催化剂。但是,大多数已开发的光催化剂对太阳光谱的吸收具有较窄的范围。因此,国内外研究者一直在为开发具有宽广太阳吸收光谱响应的新型光催化剂材料而不懈努力。铌酸钾(KNbO3)由于其具有化学稳定性、低毒性、成本低廉且易于制备等优点一直受到广泛关注。而且更重要的是,KNbO3具有钙钛矿结构,在光催化反应中非常有利于载流子的迁移。因此,本论文利用KNbO3材料为基体材料设计、制备了一系列复合光催化剂,通过复合光催化剂来实现对污染物六价铬Cr(VI)的还原及光解水制氢性能的提升。主要研究内容如下:一、采用水热法合成KNbO3材料,再利用沉淀法制备出KNbO3/Cd Se复合光催化剂,通过XRD、XPS和SEM等一系列表征手段进一步研究了复合光催化剂各方面的性质,并检测了光催化剂还原Cr(VI)的能力。测试结果表明,Cd Se颗粒附着于KNbO3表面,两者紧密结合。与纯相KNbO3和Cd Se相比,当KNbO3与Cd Se的摩尔比为1:10的时候,KNbO3/Cd Se复合体系的光催化活性最好,在光照30 min之后,还原Cr(VI)的效率可以达到94%。循环试验也说明了KNbO3/Cd Se复合材料的稳定性很好。同时,捕获剂的实验则表明了·O2-和·OH自由基是还原Cr(VI)的主要活性物质。在复合体系中,KNbO3与Cd Se之间形成的异质结促进了光生电子-空穴对的有效分离,从而有效提升了光催化还原Cr(VI)的效率。二、采用水热法合成KNbO3/Sn S2复合光催化剂,并使用若干种表征来对样品的晶体结构、显微形貌、元素分布、光学性质及光催化还原Cr(VI)性能进行了测定与分析。实验测定结果表明,KNbO3/Sn S2复合光催化剂紧密结合,并且有明显的界限,成功合成了KNbO3/Sn S2异质结。光学和电化学测试说明了有最大的可见光吸附和电荷转移。在可见光照射40 min后,KNbO3/Sn S2(1:3)可将Cr(VI)溶液还原达到95.4%,表现出优异的光催化效率,同时具有良好的循环稳定性。捕获剂的实验充分显示了光催化反应中的主效活性物是·O2-。因此,可以认为KNbO3/Sn S2复合光催化剂是一种有效治理铬污染的方法。三、采用水热法成功合成(Sr0.6Bi0.305)2Bi2O7(SBO)单相及KNbO3/SBO复合光催化材料,利用XRD、XPS和SEM等表征方式研究了复合光催化剂的不同性质,并通过光催化产氢性能的测试来验证复合催化剂的光催化活性。从产氢实验的结果来看,当模拟阳光光照4 h后,当KNbO3与SBO的摩尔比为800:1时性能最佳,光催化产氢量达到86μmol·g-1·h-1,大约是纯相KNbO3的39.5倍。KNbO3的光生电子在内电场作用下移动到SBO导带上,甲醇的引入也能够有效抑制光生电子和空穴迅速复合的问题,光解水产氢效率得以促进,光催化效率得到显著的提升。

钴掺杂氧化锌纳米阵列的制备及光催化和油水分离性能研究

这是一篇关于氧化锌,光催化,油水分离,掺杂改性,润湿性的论文, 主要内容为工业废水中含有大量有害有机物,其大量排放会对水环境造成严重污染,而光催化能充分利用太阳光将有机污染物分解、去除,被认为是最环保的新型有机污染物处理技术。光催化剂作为光催化反应的中枢,却存在难以去除废水中的大分子污染物、只能在紫外光下响应等缺点,这极大地限制了其实际应用。目前单独针对光催化降解小分子有机污染物和油污的净化处理取得了一定进展,但双管齐下的体系研究还相对较少。因此研究成本更低,效率更高,稳定性好,能同时去除大、小分子污染物、具有可见光催化活性的膜分离材料对经济社会持续发展意义重大。本论文利用Co掺杂将ZnO半导体材料的光响应范围拓展至可见光,以实现高效光催化,同时通过构建表面粗糙结构改变材料的润湿性从而获得分离油水的能力,进而实现可见光驱动的光催化降解与高效的油水分离并行。主要研究内容如下:采用简单的水热法,在不锈钢丝网(SSM)衬底上成功制备Co掺杂ZnO纳米管阵列(Co-ZnO SSM)。结果表明Co掺杂导致ZnO纳米棒六边形顶面发生溶解形成纳米管,同时成功将ZnO的光响应范围拓展至可见光区域,当Co/Zn摩尔比为2%时,Co-ZnO纳米阵列在可见光照射120分钟后对亚甲基蓝降解率达到了96%,其光催化效率相对未掺杂的ZnO有大幅度的提升。此外,在95℃下水热合成的纳米管阵列具有适当的管间距,为电子空穴的分离提供了足够的通道,暴露更多的光催化反应活性位点。采用水热法与浸渍法相结合,在SSM衬底上制备了硬脂酸(STA)改性的Co掺杂ZnO微纳分级结构材料(Co-ZnO/STA SSM)。结果表明,STA在Co-ZnO纳米管上自组装成花状结构,其与纳米管阵列共同形成的微-纳分级结构提高了表面粗糙度,并且STA引入的疏水性烷基降低了Co-ZnO/STA SSM的表面能。0.04 mol/L STA改性的Co-ZnO/STA SSM在空气中水接触角为154.9°,实现了从亲水性向超疏水性的转变,对各种油水混合物的有效分离率达到了98.6%、膜分离通量达到了3277 L·m-2·h-1,展现出优异的油水分离能力。此外,所制备的复合膜具有良好的循环性能、抗污能力和机械性能,可以灵活应对应用中的恶劣环境。经过0.04 mol/L STA改性Co-ZnO/STA SSM在可见光照射180 min时,对亚甲基蓝的降解率为93%,实现了可见光催化和油水分离的并行。采用水热法与浸渍法相结合,在SSM衬底上制备了具有可逆润湿性的Co掺杂ZnO微片状结构材料,通过月桂酸(LA)与NaOH交替处理的方式实现了Co-ZnO SSM润湿性的改变(Co-ZnO/LA SSM、Co-ZnO/NaOH SSM)。实验结果表明,Co-ZnO/LA SSM表面呈现出三维网孔结构,有效的提升了表面粗糙度,进而调节了改性材料的表面润湿性。当浸渍时长为120 min时,Co-ZnO/LA SSM的水接触角为156°,获得了超疏水性。随后经过NaOH改性的Co-ZnO/NaOH SSM完成了由亲水性向超亲水性的转变,在网膜两侧产生的水膜将油阻挡在外实现水下超疏油性。经过5次LA和NaOH的反复切换浸渍后,网膜仍分别保持着大于150°的水接触角和水下油接触角,证明了可逆切换润湿性膜的稳定性。可逆润湿性膜对甲苯等油水混合物都能有效的分离,最高达到了99.5%的分离率,膜分离通量最高为4777 L·m-2·h-1,展现了优异的油水分离性能。所制备的Co-ZnO/LA SSM在可见光照射下对亚甲基蓝的降解率为93.1%,在实现按需分离油水的同时,具备高效可见光催化活性。

新型太阳能光—热化学转换体系构筑与应用研究

这是一篇关于太阳能转换利用,可控释放,污染物资源化,光催化,光热协同的论文, 主要内容为太阳能作为一种近零排放、绿色环保的清洁能源,对其进行有效的开发利用可同时实现环境污染问题的解决和能源危机的缓解。近年来,虽然有关太阳开发的技术已日趋成熟,但其中存在的发展瓶颈和制约因素仍是当下为提高效能而亟待解决的关键。具体来说,由于太阳能本身的不稳定性,易受阴晴云雨和昼夜更替等自然条件的影响,致使光能供给存在缺陷,同时所获取的能量只能即产即用也导致实际需求与能量供应不协调。此外,拓展开发太阳能在环境领域中的新应用,为环境治理和有害物质的资源化转换提供新技术也成为当下研究的重点。因此,本研究立足于太阳能的光-热化学转换利用形式,对如何缓解该利用形式下太阳能供给波动性和时效性的局限以及如何拓展开发其在污染物中的资源化转化产能新途径问题做出回答,主要研究内容及结果如下:(1)利用过饱和乙酸钠溶液和泡沫硫化亚铜构建模块化的集成系统,并在机械触发模块的巧妙耦合下,完成了太阳能-热能转换以及时空异化存储与释放。同时为实现亚稳态相变材料的长期维稳和高效能量传输目的,进行了必要的界面钝化设计。性能测试结果显示,耦合装置无论是在单组件的模拟光照下,还是在6级串联系统的户外实际光照条件下,均展现出优异的光能吸收转换和热能传输储存能力,且储能均可通过触发按需释放,大大降低了实时光照依赖性,有效平衡了太阳能时效性供应和动态性应用需求间的矛盾,为实现太阳能光-热化学体系的高效转换利用提供了新策略。(2)利用溶剂热法通过工艺优化在导电玻璃表面合成了二维片状氧化钛膜(TiO2-F),使其即作为载体又作为活性物质,有效改善了粉体催化剂使用中存在的难回收、易粘附和界面接触不佳等问题。同时,该材料可以有效吸附浓集水体中的铜绿微囊藻,实现目标污染物的光化学资源回收利用,据此构筑资源化利用新体系。实验研究发现,受体系固相催化过程中物质扩散动力学的影响,TiO2-F与铜绿微囊藻的光化学反应效率较低,且这种限制难以通过改变体系的反应条件予以克服,表明该体系在光化学途径开发以藻类为底物的太阳能新应用领域中具有一定的局限性,相关反应体系还需进一步设计与改进。(3)在(2)的基础上,对基底TiO2-F进行钼(Mo)负载,使体系具备光热协同催化能力。在比选出光谱吸收和光热转换性能最优的复合材料后,于密闭反应器内开展资源化实验,结果显示光热协同催化体系适用于藻类资源化,5 h光照后高纯CO产量可至531.9 μmol g-1A,且具有极高的产物选择性。单位量底物的最大产能极限出现在持续光照58h后,累积CO产量达4.9 mmolg-1A。此外,反应体系中各独立因素的性能测试结果表明,无论是单因素的资源化还是多因素叠加均无法达到光热催化所具有的作用效果,原因是光和热的协同作用有效加强了物质扩散,正向驱动了反应的发生。综上所述,本研究先后通过针对性的新体系设计与新场景开发,成功实现了对当前太阳能利用中存在的供给波动性、产能时效性以及应用局限性问题的解决,使实时光照依赖性和能量供需不协调的情况得到缓解,并在环境污染物有效治理的同时实现资源回收,为太阳能利用丰富了新范式。

具有DA结构的蒽醌基聚合物的制备及光催化性质研究

这是一篇关于共轭聚合物,光催化,过硫酸盐,盐酸四环素降解,胺选择性氧化的论文, 主要内容为开发高效的光催化剂将辐射阳光直接转化为化学能,对于应对当前的能源和环境挑战具有重要意义。受自然光合作用的启发,科学家们开发了一系列人工光合作用系统,将太阳能用于光催化分解水、有机转化、环境修复等方面。然而,传统的无机光催化材料如二氧化钛等对于反应条件要求较为苛刻,这归因于无机材料能带带隙宽而难以修饰,对可见光的吸收较差。共轭聚合物是一类有拓展π键共轭体系的高分子,具有良好的光收集能力和能量传递性质,且单体材料选择广泛,易于调控结构与修饰官能团,为构建纯有机光催化体系提供了新的选择。改善共轭聚合物光催化性质的有效手段是在聚合物框架中引入电子供体(Donor)与电子受体(Acceptor)的嵌段结构,DA型嵌段有利于共轭电子的离域性质,促进分子内电荷迁移,扩展材料吸光范围。理性设计DA型共轭聚合物可以开发出廉价、能量利用率高、化学性质稳定的新型光催化剂,然而,其中的构效关系有待进一步探究。本文使用苯作为电子供体(D),蒽醌作为电子受体(A),设计合成了一系列具有DA结构的蒽醌基聚合物,探究了多种官能团、框架连接结构对于聚合物结构、光催化性能的影响。使用蒽醌基聚合物构建了可见光的纯有机非均相催化体系,应用于光降解水体有机物和选择性氧化领域,满足了反应高效、光催化效果稳定、具有经济性等多方面的要求。本文主要研究内容如下:(1)在共轭聚合物中,探究醌基官能团的引入对于材料形貌、能带、载流子分离和迁移效率等方面的影响。证明醌基有利于构建DA结构,提升光催化性能。在此基础上,利用醌基可以催化活化过氧单硫酸盐(PMS)的能力,构建PMS协同光催化系统,高效降解抗生素类污染物盐酸四环素(TC)。探究了最佳反应条件,提出并验证了反应机理。体系使用廉价的外源氧化剂,可见光以及无金属催化剂,减少了能源需求,适用性广泛,具有经济效益。(2)使用蒽醌和二取代苯单体设计合成了多种线性蒽醌基聚合物,系统性考察了炔基官能团引入、单体连接结构对于聚合物形态和光催化能力的影响,证明炔基能提升聚合物的光吸收能力。二取代苯单体的取代位置(间位或对位)能影响聚合物形态、调节光吸收范围和能带结构。在纯水相和可见光照射下,蒽醌基聚合物能选择性氧化苄胺生成N-苄基亚甲基苯胺,反应速率快,产物单一。相比于传统的胺-胺偶联工艺,摆脱了对有机溶剂、氧化剂和碱性助剂的依赖。