基于CdS纳米粒子的核壳结构光催化剂的制备与应用

【摘要】二十一世纪人类面临和急需解决的一个问题是环境污染。近年来,人们发现光催化反应具有速度快、条件温和、降解有机物完全等优越性能,从而成为一种理想的环境污染治理技术。因此,光催化剂的选择与制备就成为了我们的研究热点。而作为光催化剂,CdS能隙较窄,禁带宽度约为2.4eV,能够被可见光激发,而且它具有制备成本低廉,工艺简单的优点。然而鉴于纯的CdS在太阳光照条件下不稳定,易发生光腐蚀；而且纯的CdS在催化降解后存在一定程度的二次污染。可以通过复合其它材料制备纳米复合材料来解决以上问题。本文的主要研究工作有：1、采用60Coγ-射线辐射法,以氯化镉和硫代硫酸钠为原料,以异丙醇作为催化剂,PVP为稳定剂制备具有单分散性的CdS纳米粒子。此外,我们研究不同盐浓度和乙醇用量对CdS形貌、CdS纳米粒子粒径和粒径分布的影响。用XRD和HRTEM谱图,表征了CdS纳米粒子的结构属于闪锌矿结构。用TEM照片,对CdS纳米粒子的形貌和单分散性进行了表征。通过对比一系列配方下制备的CdS的TEM,研究了盐浓度和乙醇用量对制备的CdS纳米粒子粒径、粒径分布和分散性的影响。2、以制备的单分散CdS为原料,用原位水解TEOS法制备了具有单分散性的核壳结构的CdS/SiO2纳米复合微球。用FT-IR谱图对纳米复合微球组成进行分析,用TEM对CdS/SiO2复合微球的形貌进行表征。结果表明改变催化剂、水醇体系、水含量以及用量,得到的CdS/SiO2纳米复合微球壳厚不同。通过改变反应中水的用量和TEOS的浓度,可以得到28n,到105nm不同壳厚的CdS/SiO2纳米复合微球。实现了CdS/SiO2纳米复合微球壳厚的可控。我们关注于降低CdS/SiO2纳米复合微球光催化分解MB后残留的Cd2+浓度。研究结果表明CdS/SiO2纳米复合微球的光催化活性较纯CdS有一些降低,然而CdS/SiO2纳米复合微球的光稳定性有明显提高,而且残留的Cd2+浓度有明显降低。3、以制备的具有核壳结构的单分散CdS/SiO2纳米复合微球为原料,用MPS(3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)改性后以分散聚合法制备具有核-壳-壳结构的CdS/SiO2/PS纳米复合微球。用TEM对CdS/SiO2/PS纳米复合微球的结构形貌进行表征,用TGA对CdS/SiO2/PS纳米复合微球的组分进行分析。研究单体和交联剂的加入量对CdS/SiO2/PS纳米复合微球形貌和尺寸的影响。TEM结果表明制备的CdS/SiO2/PS纳米复合微球具有核-壳-壳结构,外层PS厚度范围为28nm到227nm,实现了CdS/SiO2/PS纳米复合微球壳厚的可控。最后,进行了CdS/SiO2/PS纳米复合微球在有机环境下催化分解MB的实验,对CdS/SiO2/PS纳米复合微球的光催化性能进行研究。光催化结果说明了CdS/SiO2/PS纳米复合微球作为光催化剂的潜在应用价值。本文用简便的方法成功制备了单分散的的CdS纳米粒子、核壳结构的CdS/SiO2纳米复合微球以及核-壳-壳结构的CdS/SiO2/PS纳米复合微球。并且初步研究了它们光催化降解有机物的性能,结果表明它们在现实中存在潜在的应用价值。
【作者】郭清化；
【导师】周艺峰；
【作者基本信息】安徽大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】硫化镉；光催化活性；核壳结构；降解；动力学；有机污染物；

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