Fe3+掺杂CeO2纳米材料催化H2O2降解二号橙染料的研究

论文摘要

本文采用水热法制备不同Fe3+掺杂量的CeO2催化剂,催化剂的Fe/Ce摩尔比分别为1/200、1/100、1/20、1/10、1/1。催化剂的催化活性通过在室温下催化H2O2降解二号橙（AO7）染料来衡量。Fe3+离子掺杂CeO2提高了暗反应和可见光反应降解AO7的活性,其中Fe/Ce=1/100（FC100）的催化活性为最佳。催化剂的XRD结果表明Fe3+掺杂并没有改变CeO2的晶体结构,但是XPS能谱和电子顺磁共振（EPR）谱图的分析表明少量Fe3+掺杂能提高催化剂表面Ce3+的浓度,更多Fe3+掺杂会导致催化剂表面的Ce3+浓度下降,催化剂FC100表面的Ce3+的含量是一系列催化剂中最高的。拉曼光谱和电子顺磁共振（EPR）研究结果证实了催化剂与H2O2相互作用会产生表面过氧物种,这类表面过氧物种是从催化剂表面的Ce3+与H2O2的络合物衍生而来。DMPO自旋捕获自由基的EPR研究表明过氧物种在暗反应过程中起了很大的作用,可见光反应中羟基自由基（·OH）诱导了AO7的降解。FC100-H2O2体系中这两种活性氧化物种的生成速率明显大于CeO2-H2O2体系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 二氧化铈的性质和制备方法
• 1.1.1 二氧化铈的结构特性
• 1.1.2 二氧化铈的制备方法
• 1.2 二氧化铈的应用
• 1.2.1 汽车尾气三效催化剂
• 1.2.2 水煤气变换反应
• 1.2.3 固体氧化物燃料电池
• 1.2.4 紫外吸收过滤剂
• 1.2.5 光催化降解有机污染物
• 1.2.6 湿式催化氧化法降解有机污染物
• 1.2.7 生物组织的抗氧化
• 1.3 离子掺杂改性二氧化铈的研究
• 1.3.1 汽车尾气三效催化剂
• 1.3.2 水煤气变换反应
• 1.3.3 光催化降解有机物
• 1.4 Fe离子掺杂改性二氧化铈催化反应的研究
• 2O₂体系的研究'>1.5 Fenton反应和二氧化铈-H₂O₂体系的研究
• 1.6 本课题的提出及研究意义
• 3+掺杂CeO₂纳米材料催化H₂O₂降解AO7染料的研究'>第2章 Fe³⁺掺杂CeO₂纳米材料催化H₂O₂降解AO7染料的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验选用的试剂和仪器
• 2.2.2 催化剂的制备过程
• 2.2.3 催化剂的物相表征
• 2O₂体系的表征'>2.2.4 催化剂-H₂O₂体系的表征
• 2O₂降解AO7的活性测试'>2.2.5 催化剂催化H₂O₂降解AO7的活性测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 催化剂的晶体结构与形貌
• 2O₂降解AO7的活性'>2.3.2 催化剂催化H₂O₂降解AO7的活性
• 2.3.2.1 催化剂的吸附能力
• 2.3.2.2 催化剂的暗反应活性
• 2.3.2.3 催化剂的可见光反应活性
• 2O₂的相互作用'>2.3.3 催化剂的表面位点与H₂O₂的相互作用
• 2.3.3.1 XPS表征结果
• 2.3.3.2 拉曼光谱表征结果
• 2.3.3.3 EPR表征结果
• 2.3.3.4 DMPO自旋捕获自由基的EPR表征结果
• 2.4 本章小结
• 2O₂/AO7添加顺序对催化反应的影响'>第3章 催化剂的煅烧温度和H₂O₂/AO7添加顺序对催化反应的影响
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验选用的试剂和仪器
• 3.2.2 催化剂的制备过程
• 3.2.3 催化剂的物相表征
• 2O₂降解AO7的活性测试'>3.2.4 不同煅烧温度的催化剂催化H₂O₂降解AO7的活性测试
• 2O₂和AO7先后添加顺序的催化降解反应活性测试'>3.2.5 H₂O₂和AO7先后添加顺序的催化降解反应活性测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同煅烧温度催化剂的XRD表征
• 3.3.2 不同煅烧温度的催化剂吸附AO7的能力和催化降解AO7的活性
• 2O₂和AO7先后添加顺序对催化降解反应的影响'>3.3.3 H₂O₂和AO7先后添加顺序对催化降解反应的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录