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摘 要

随着工业的快速发展，环境污染和能源短缺问题日益严重，而尖晶石型光催化剂具有优良的光催化性能，能够吸收利用太阳光实现降解污染物、光解水制氢等，因此尖晶石型光催化剂成为了近些年来的研究热点。在尖晶石型光催化剂中ZnAlBiO₄的催化效果较好，但催化效率不高，为了进一步提高ZnAlBiO₄的催化效率，本文采用添加表面活性剂的方法，来进一步提高ZnAlBiO₄的催化效率。

本文采用溶胶-凝胶法制备出了ZnAlBiO₄粉体及添加不同质量表面活性剂的ZnAlBiO₄粉体，并通过XRD、UV-Vis、TEM等表征手段对制备出的光催化剂进行了表征。光降解结果显示：添加0.10g的表面活性剂制备出的光催化剂催化性能得到提高，光照2h的甲基橙催化效率达到近99%，尤其是在降解初期，相同光照时间下相比不填加表面活性剂的ZnAlBiO₄催化效率提高了15%。

关键词：光催化 尖晶石化合物 溶胶-凝胶法 甲基橙 光降解

Preparation of photocatalyst ZnAlBiO₄ and its photocatalytic properties

Abstract

With the rapid development of industry, environmental pollution and energy shortage are becoming more and more serious. Spinel photocatalyst has excellent photocatalytic performance, which can absorb and utilize sunlight to degrade pollutants and photodissociate water to produce hydrogen. Therefore, spinel photocatalyst has become a research hotspot in recent years. In spinel photocatalyst, the catalytic effect of ZnAlBiO₄ is good, but the catalytic efficiency is not high. In order to further improve the catalytic efficiency of ZnAlBiO₄, this paper uses the method of adding surfactant to further improve the catalytic efficiency of ZnAlBiO₄.

In this paper, ZnAlBiO₄ powders and ZnAlBiO₄ powders with surfactants of different qualities were prepared by sol-gel method, and the prepared photocatalysts were characterized by XRD, UV-Vis, TEM and other characterization methods. Photodegradation results showed that the photocatalytic performance of the photocatalyst prepared by adding 0.10g surfactant was improved, and the catalytic efficiency of methyl orange under 2h illumination reached nearly 99%, especially in the early stage of degradation, the catalytic efficiency of ZnAlBiO₄ without surfactant was increased by 15% compared with that of ZnAlBiO₄ without surfactant

Key words: Photocatalytic Spinel compounds Sol-gel method Methyl orange

Photodegradation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1尖晶石型化合物的结构 1

1.2尖晶石型化合物的制备方法 2

1.2.1固相法 2

1.2.2水热合成法 2

1.2.3沉淀法 2

1.2.4热解法 3

1.2.5溶胶-凝胶法 3

1.2.6其他方法 4

1.3尖晶石型光催化剂的应用 5

1.3.1降解污染物 5

1.3.2光解水制取氢气 6

1.3.3还原CO₂ 6

1.4光催化机理 7

1.5光催化剂改性 8

1.5.1负载 8

1.5.2掺杂离子 8

1.5.3复合半导体 9

1.5.4提高比表面积， 9

1.5.5添加表面活性剂 9

1.6研究意义及研究内容 10

1.6.1研究意义 10

1.6.2研究内容 10

第二章 实验部分 12

2.1实验试剂 12

2.2实验设备 12

2.3实验方案 13

2.3.1实验概述 13

2.3.2实验步骤 14

2.3.3光催化剂的表征 15

第三章 表征结果与分析 18

3.1 XRD表征 18

3.2光催化性能表征 18

3.3 TEM表征 25

第四章 结论 26

参考文献 27

致谢 31

第一章 绪论

工业发展的同时，也造成了能源的消耗与环境的破坏。尤其进入21世纪以后，能源短缺和环境污染已经成为了人类亟待解决的两大难题，如何解决这两大问题，许多科学家都进行了深入的研究。

1972年Fujishima和Honda制备出了TiO₂电极，并发现TiO₂电极能够在光照下分解水产生氢气，从此开启了半导体光催化的大门^[1]。在此后的三十多年里，众多科学家对于光催化进行了深入地研究。然而TiO₂有着很大的不足：带隙大，使得TiO₂只能吸收紫外光，对可见光不能吸收；光激发产生的电子与空穴容易再次结合，会使得TiO₂的光催化性能和稳定性降低；不易回收，难以循环使用等。科研人员一方面探索出许多对TiO₂改性的方法，另一方面也积极探索新材料，希望发现带隙较窄、可响应可见光、光催化性能稳定、易于回收且能循环使用的材料，而本文制备的尖晶石型光催化剂则能满足以上所有要求。

1.1尖晶石型化合物的结构

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