染料敏化ZnO基TiO2基纳米复合材料的制备及光催化性能研究_毕业论.ppt

染料敏化ZnO基/TiO2基纳米复合材料的 制备及光催化性能研究,汇报人：房永玲 班 级：工艺112 导 师：李忠玉 教授,研究内容,不同形貌微结构ZnO的合成及光催化性能研究,纳米ZnO/ISQ复合光催化剂的制备及光催化性能研究,绪 论,TiO2纳米微球的制备及光催化性能研究,纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的制备及光催化性能研究,结 论,染料结构对SQ/TiO2复合光催化剂的性能影响,1 绪论,环境世界性问题,1 绪论,四面体结构,O2-离子六方密堆积排列 Zn2+离子填充在四面体空隙中,四方晶系,不同的八面体的畸变程度 不同的八面体间相互连接方式,Balasubramanian S, et al. Nano Lett., 2013, 13: 3365-3371.,Nicholas N J, et al. Cryst. Eng. Comm., 2012, 14: 1232-1240.,1 绪论,1 绪论 (染料敏化TiO2的光催应用),Ye S, et al. J. Phys. Chem. C, 2013, 117: 6066-6080.,Pan L, et al. Appl. Surf. Sci., 2013, 268: 252-258.,可见光诱导的 光反应途径,1 绪论 (研究工作),2 不同形貌微结构ZnO的合成及光催化性能研究,Yongling Fang, et al. Journal of Alloys and Compounds, 2013, 575: 359-363.,花状ZnO制备,球形ZnO制备,2.1 不同形貌微结构ZnO的制备,2.2 不同形貌微结构ZnO的性能研究,图2-1 花状ZnO(a)球形ZnO(b)商业化ZnO(c)的XRD图,图2-2球形ZnO(a)和商业ZnO(b)的拉曼图谱,六方纤锌矿ZnO,峰型尖锐 结晶度良好,2.2 不同形貌微结构ZnO的性能研究,图2-3 花状ZnO(a), 球形ZnO(b)和商业化ZnO(c)的PL图,图2-4 花状ZnO(a), 球形ZnO(b), 商业化ZnO(c)的DRS图,ZnO紫外发射特征峰,光学性能良好,2.2 不同形貌微结构ZnO的性能研究,图2-5 SEM图片：花状ZnO (a-c)，球形ZnO (d-f),图2-6 TEM图片：花状ZnO (a和b)，球形ZnO (c和d),六角棱柱的花状结构,2.3 不同形貌微结构ZnO的光催化性能研究,图2-7 紫外光照射下花状ZnO, 球形ZnO和商业化ZnO颗粒存在下的MO溶液的光催化降解作用(a)和降解动力学数据(b),UV光照后 98%降解率,3 纳米ZnO/ISQ复合光催化剂的制备及光催化性能研究,Yongling Fang, et al. NANO, 2014, 9: 1450036.,ISQ染料制备*,*Miltsov S., et al. J. Tetrahedron Lett, 1999, 40: 4067-4068.,3.1 纳米ZnO/ISQ复合光催化剂的制备,超声浸渍敏化,水热敏化,3.2 纳米ZnO/ISQ复合光催化剂性能研究,图3-2 球形ZnO(a)，ISQ/ZnO(b)和ISQ染料(c)的XRD图谱,图3-3 球形ZnO, ISQ/ZnO复合物的DRS光谱(a)和带隙能量(b),光响应拓展至可见光范围,活性增强,3.2 纳米ZnO/ISQ复合光催化剂性能研究,图3-4 球形ZnO, ISQ/ZnO复合物的拉曼光谱,图3-5 球形ZnO(a, b), 超声敏化制备的ISQ/ZnO(c, d)和 水热敏化制备的ISQ/ZnO(e, f)的TEM图像,拉曼峰变弱或消失,直径略小 少量团聚,大量ISQ粘附 在ZnO表面,3.3 纳米ZnO/ISQ复合光催化剂光催化性能研究,图3-6 超声法(a)和水热法(b)敏化制备的ISQ/ZnO降解MB的紫外可见吸收光谱图，可见光照射下存在不同的光催化纳米颗粒时MB溶液的光催化降解速率(c)和降解动力学数据(d),超声敏化比水热敏化 降解率高出20%,3.4 纳米ZnO/ISQ复合光催化剂敏化过程,图3-7 球形ZnO超声及水热敏化过程示意图,超声敏化的ISQ 分布均一 分散性良好,水热敏化的ISQ 团聚严重,4 TiO2纳米微球的制备及光催化性能研究,Zhongyu Li*, Yongling Fang, et al. Optoelectronics and advanced materials, 2013, 7: 792-796.,4.1 TiO2纳米微球的制备(Im-PICA method),4.1 TiO2纳米微球的制备示意图,图4-1 TiO2微球制备示意简图,(A)加入尿素 和甲醛,(C)加入阴离子表面活性剂 SDS,(B) PICA过程,(D)煅烧,尿素甲醛树脂,氢氧化钛溶胶,十二烷基磺酸钠(SDS),微溶胶环境,4.2 TiO2纳米微球的性能研究,图4-2 TiO2微球的SEM (a) 和TEM (b) 图像,a,b,分布较窄，球形均一,4.2 TiO2纳米微球的性能研究,图4-3 TiO2微球的XRD图谱,图4-4 TiO2微球的拉曼图谱,混晶结构,4.2 TiO2纳米微球的性能研究,图4-5 TiO2微球的氮气吸附-解吸等温线及孔径分布图(插图),SBET=48.1 m2/g,P25 / SBET=47.57 m2/g,4.3 TiO2纳米微球的光催化性能研究,图4-6 紫外光照射下MB溶液(a)，MO溶液(b)，RhB溶液(c)吸收谱图的动态变化； 在P25，TiO2以及无催化剂存在下MB的光催化降解曲线(d),TiO2与P25 光催化降解能力 相当,4.4 紫外光催化机理,图4-7 紫外光诱导下TiO2微球光催化机理示意图,1,2,3,5.1 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的制备,5.2 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的性能研究,5.3 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的光催化性能研究,5 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的制备及光催化性能研究,Zhongyu Li*, Yongling Fang, et al. Materials Letters, 2013, 93: 345-348.,Zhongyu Li*, Yongling Fang, et al. Journal of Alloys and Compounds, 2013, 564: 138-142.,超声浸渍敏化 (同ISQ/ZnO制备),5.1 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的制备,5.2 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的性能研究,a,b,图5-2 空白TiO2(a)和ISQ/TiO2(1:3)(b)的SEM图像,图5-1 ISQ染料(a)，ISQ/TiO2(b)和空白TiO2 (c)的XRD图谱,5.2 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的性能研究,图5-3 在不同放大倍率下空白TiO2(a, b)和ISQ/TiO2 (c, d)的TEM图像,5.2 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的性能研究,图5-4 TiO2(a)、ISQ/TiO2(b)和ISQ染料(c)的FT-IR图谱,图5-5 TiO2和不同质量配比的ISQ/TiO2的UV-DRS图谱,Ti-O伸缩振动,1628,3410,保留了ISQ染料特征峰,拓展到 可见光区域,5.3 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的光催化性能研究,图5-6 可见光照射下空白TiO2和不同质量配比的ISQ/TiO2的光催化降解图(a)和MB溶液降解动力学曲线(b),5.3 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的光催化性能研究,图5-7 30 min时间间隔下在ISQ/TiO2可见光光催化降解过程MB的吸收光谱的瞬时变化。 插图为反应时间下665和293 nm处MB谱图的波长位移,Bule-shifted,N-脱甲基,吩噻嗪的降解,5.3 纳米TiO2/ISQ复合光催化剂的光催化性能研究,图5-8 (a)可见光照射下空白TiO2和ISQ/TiO2的光催化活性；(b)不同循环次数下的ISQ/TiO2存在下MB光催化降解速率,68%,稳定性良好,5.4 可见光诱导光催化机理,1,2,3,4,6.1 多种SQs/TiO2复合光催化剂的制备,6.2 多种SQs/TiO2复合光催化剂的性能研究,6.3 多种SQs/TiO2复合光催化剂的光催化性能研究,6.4 氢键键合机理及电荷分布转移,6 染料结构对SQ/TiO2纳米复合光催化剂的光学及光催性能影响,ISQ,m-ISQ,c-BSQ,SQs染料制备过程同ISQ染料制备 SQs/TiO2制备同ISQ/TiO2制备过程(超声浸渍法),6.1 多种SQs/TiO2复合光催化剂的制备,6.2 多种SQs/TiO2复合光催化剂的性能研究,图6-1空白TiO2(a, b)和ISQ/TiO2(c, d)纳米颗粒的SEM图像,图6-2空白TiO2(a, b)和ISQ/TiO2(c, d)纳米颗粒的TEM图像,敏化后,团聚,高的表面能,6.2 多种SQs/TiO2复合光催化剂的性能研究,图6-3 空白TiO2和SQs/TiO2的UV-DRS谱图(a)及光学禁带宽度(b),6.2 多种SQs/TiO2复合光催化剂的性能研究,图6-4 ISQ/TiO2 (a), m-ISQ/TiO2 (b), c-BSQ/TiO2 (c) 的TG-DTG图,分解温度均在300左右 热稳定性良好,6.2 多种SQs/TiO2复合光催化剂的性能研究,图6-5 空白TiO2和SQs/TiO2的Raman光谱,图6-6 SQs/TiO2 和空白TiO2的FT-IR图,部分峰宽拓宽了,氧空位的非均一性,N, O, C=C建立了电荷离域,1172,保留了各染料的特征峰,6.3 多种SQs/TiO2复合光催化剂的光催化性能研究,图6-7 30 min可见光照间隔下不同催化剂对MB的降解吸收动态变化,6.3 多种SQs/TiO2复合光催化剂的光催化性能研究,图6-7 ISQ/TiO2, m-ISQ/TiO2, c-BSQ/TiO2和空白TiO2纳米颗粒的存在下MB溶液的光催化降解(a)和动力学数据(b),6.3 多种SQs/TiO2复合光催化剂的光催化性能研究 MB 降解深度研究,6.4 氢键键合机理,图6-8 ISQ和TiO2之间的氢键键合机理,有效位点,6.4 电荷分布转移(荧光量子产率),6.4 电荷分布转移(电子云密度及HOMO/LUMO能级分布),ISQ 中心电子离域能力最强,高斯几何优化计算,提高电荷转移效率,改善整体的光电效率,7 结论,攻读硕士学位期间研究成果,7. Yongling Fang, Zhongyu Li*, Baozhu Yang, et al. Journal of Physical Chemistry C(SCI, IF=4.814, revised).,1. Zhongyu Li*, Yongling Fang, Song Xu. Materials Letters (SCI, IF=2.224), 2013, 93: 345-348.,2. Zhongyu Li*, Yongling Fang, Xueqiu Zhan, et al. Journal of Alloys and Compounds (SCI, IF=2.289), 2013, 564: 138-142.,3. Zhongyu Li*, Yongling Fang, Song Xu, et al. Optoelectronics and advanced materials (SCI, IF=0.402), 2013, 7: 792-796.,4. Yongling Fang, Zhongyu Li*, Song Xu, et al. Journal of Alloys and Compounds (SCI, IF=2.289), 2013, 575: 359-363.,5. Yongling Fang, Zhongyu Li*, Song Xu, et al. NANO (SCI, IF=1.167), 2014, 9: 1450036.,6. Bo Liu1, Yongling Fang1, Zhongyu Li*, et al. Journal of Nanoscience and Nanotechnology(SCI, IF=1.149), 2014, 14:1-32.,3. 李忠玉，房永玲等。专利：一种柱层状二氧化钛光催化剂的制备方法。