38100字硕士毕业论文相对论计算材料铀酰分子催化材料的物理性质和催化机理分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38100字

论点：复合材料,光催化,可见光

论文概述：

在可见光条件下其光催化分解甲醇的实验比较中展示出了更高的效率，并且具有很好的可逆性和循环性。因此这类材料被视为一种真正的可见光响应的光催化剂。

论文正文：

第一章前言

1.1本课题的背景和意义
近年来，随着中国经济的快速增长，环境污染和牛害也日益加剧，成为构建和谐社会和实现可持续发展目标的最大障碍。随着对高科技环境技术需求的日益迫切，光催化技术能够在操作方便、能耗低、反应条件温和、无二次污染的诗意要求下，将液相或气相环境中几乎所有的有机和无机污染物有效降解为完全无污染的组分。因此，成熟的光催化处理技术和装置广泛应用于废水处理、室内空气体净化和广谱杀菌。以传统半导体Ti02为代表的光催化材料被广泛应用，但其对可见光响应不足，转化效率低。因此，目前光催化技术的研究工作集中在开发对可见光有高度响应的光催化材料上。含U022+的化合物，特别是分裂蹄中负载U022+的化合物，在光催化实验中表现出较强的可见光吸收能力，电激发后转化效率接近100%，能显著高效地将挥发性有机污染物分解成CO2和H2O，光催化效率较低，也明显高于Ti02。另一方面，由于传统化石燃料的不可再生性，人类社会的可持续发展面临着严重的能源问题。核能被认为是最有效的能源替代品，因为它具有和平利用和碳零排放的巨大潜力。经过几十年的发展，核能已经占到全球电力供应的20%，而且这一比例仍然在较高的范围内。核反应堆通常使用含3%至20%铀的燃料棒，但这种大规模核电发展不可避免地会积累大量乏燃料棒，从而在核电循环期间面临大量乏燃料后处理问题。如何减少和利用核废料是核燃料科学的核心问题。然而，铀丑的光化学过程会产生牛。已知五价含铀化合物对乏核燃料的后处理具有重要意义。同时，铀酰的高效光催化能使核废料变得珍贵，这对核废料的利用也具有重要意义。随着计算机计算能力的提高，以及？随着计算化学、计算材料科学和其他测量力学理论的新兴领域的蓬勃发展，固体中的电分离、电分离和发电等复杂问题在算法和计算能力上得到了解决，从而使精确的理论计算和材料分离级设计成为可能并得到快速发展。目前，科学理论计算也与传统实验科学和理论科学形成了三方对抗，这清楚地表明了材料理论计算在当前科学研究中的地位。计算化学和计算材料科学的高可靠性早已被实验研究机构所证实。当前材料科学研究中的理论计算涵盖了从材料开发到使用的整个过程，包括性能、结构、介电形成和使用
多相光化学现象的第一份报告可以追溯到1972年藤岛昭发现H2O在紫外光照射下被分成Ti02，Ti02可以被金红石催化裂解。近几十年来，光催化材料的研究工作主要集中在将紫外光响应的半导体二氧化钛转变为高可见光响应的半导体二氧化钛，以及开发高效可见光响应的新型光催化材料。显然，可见光响应是光催化材料的关键特性要求。以往的研究表明铀酰在可见光波段具有独特的强吸收性和独特的激发和发射光谱。因此，丑陋的铀和含铀的冷化合物被认为在可见光照射下具有各种有机化合物光氧化的巨大潜力。氧化机理是氢转移。这种机制的原因被认为是激发态的nJ022+是高度氧化电离的-(E = 2.6 eV) 123251。进一步的研究表明，在氧气存在下，有机化合物的光催化氧化？该反应通常取决于从五价铀氧化成六价铀(vi)，而不是通常认为的五价铀(v)的歧化反应。与传统半导体光催化材料Ti02的对比研究表明，含铀酰化合物在氧参与和光照射的光催化氧化过程中具有较高的效率。因此，含铀酰化合物被认为是一种极具潜力的光催化剂。研究结果还表明，含铀酰化合物的高效光催化效率源于激发的铀酸离解*U022+和有机离解之间极高的电子转移效率，这些电子被去除？金额是多少？预期迁移效率接近于这些含铀酰化合物的迁移效率，其中一些化合物可以在自然光、正常氧浓度、温度和压力环境条件下光催化降解挥发性有机化合物污染气体321。与Ti02相比，铀丑及其配合物对可见光的响应更快，效率更高，这不仅是由于其在可见光波段的强吸收，也是由于其独特的氢转移和电子转移催化机制。

第二章基本理论和计算方法:相对论量子化学方法

牛顿力学的建立正确地反映了宏观物体低速运动的客观规律。在此基础上，可以准确描述和预测宏观物体的运动规律。它实现了自然科学的第一次理论统一，这是人类对自然世界理解的一次飞跃。牛顿力学是整个物理学和天文学的基础。它也是所有现代机械、航空航天空、土木建筑、运输和其他工程技术的理论基础。量子力学在低速和微观现象范围内具有普遍意义。它可以解释和预测许多分离行为、原子和蓝图粒子，并与相对论一起奠定了现代物理学的基础，标志着人类认识的重大飞跃&但从宏观世界到微观世界。在现代科学技术的发展中，催化、激发态反应、半导体物理、凝聚态物质、低温超导、量子化学、生物学等学科具有重要的理论意义。它主要研究原始物质、分离物质和凝聚物质，以及原始原子核和原始模型粒子的结构和性质的基本理论。导出了计算量子化学和计算材料科学的分支学科。通过这些基本理论，可以准确预测和判断材料的性能和化学反应机理，实现真正意义上的分子和材料设计。

第三章铀酰在分子筛中的配位结构.........31
3.1研究背景和内容........31
3.2计算模型和方法........32
第四章含铀酰体系的激发态循环反应........54
4.1研究背景和内容........54 [/br/ ] 4.2理论方法和细节........57
4.2.1理论方法........57
4.2.1详细信息........58
4.3结论........58

结论

本文采用水热电化学沉积、一步电化学沉积、水热紫外化学沉积等方法制备了各种氧化锌基纳米复合材料，包括银氧化锌、石墨烯氧化锌、氧化锌氧化铜、氧化锌氧化铝。深入分析了各种复合材料的生长机理以及不同实验条件对复合材料性能的影响。同时，分别以甲基橙和亚甲基蓝这两种常用染料分子作为降解产物和四种复合材料作为光催化剂，探讨了不同生长条件下复合材料在紫外光和太阳光下的光催化性能，并进一步研究了其催化机理。通过以上研究，本文的研究成果总结如下:
(1)通过水热电化学沉积和水热光化学沉积制备了银氧化锌纳米复合材料，其中水热光化学沉积具有较好的光电性能。因此，我们主要选择水热光化学沉积法制备银氧化锌纳米复合材料，并研究其光催化性能。发现纳米银粒子的沉积可以在银和氧化锌之间形成肖特基势垒并产生电子陷阱，从而抑制光生电子-空空穴的复合，进一步提高复合材料的光催化效率。
(2)通过双电极体系和三电极体系一步电化学法制备石墨烯-氧化锌纳米复合材料。实验表明，三电极体系制备的复合材料具有较好的性能。研究了该复合材料在紫外光和太阳光下对亚甲基蓝的催化性能。发现石墨烯的加入增加了比表面积和电子迁移率，加速了电子空空穴对的分离效率，从而提高了光催化性能。采用水热法-光化学沉积法制备了
(3)氧化锌-氧化铜纳米复合材料，研究了不同紫外光沉积时间对纳米复合材料形貌、性能和生长机理的影响。同时，讨论了该复合材料对甲基橙的光降解性能。结果表明，窄带隙氧化铜和宽带隙氧化锌之间的电荷转移可以提高电子空空穴对的分离率。同时，氧化铜纳米粒子的沉积可以增加比表面积，扩大光响应范围，进一步提高光催化效率。

参考
[1]富士山，http://sblunwen.com/fzclygc/水的电子化学照片分析，半导体电子[]。《自然》，1972年。238，5358: 37-38。
[2]凯瑞、劳伦斯和托辛，二氧化钛存在下含水悬浮液中多氯联苯的光氯化[J]。环境污染和毒理学公报，1976，16，6:697-701。[/比尔/][3]弗兰克，巴德。多晶二氧化钛电极上的光辅助氧化和光电合成[[]。美国化学学会杂志，1977，99，14: 4667-4675。
[4]东风油厂，水-非均相光催化降解卤代烃污染物[。环境。Sci。Technol，1985，19，6: 480-484。
[5]马修斯，二氧化钛水悬浮液中有机材料的光氧化[[]。水研究，1986，20，5: 569-578。
[6]俞浩宇，王明福，阿里等，光致稳定和发光氧化锌薄膜:合成及其作为荧光共振能量转移供体的应用[]。化学通讯，2008，40: 4912-4914。
[7]查克拉巴蒂和杜塔，用氧化锌作为半导体催化剂光催化降解废水中的模型纺织染料[]。危险材料杂志，2004，112，3: 269-278。
[8]张永世，韩俊宏，黄世杰等，氧化锌晶体表面取向的微调以优化其光催化活性[]。高级材料，2006，18，24: 3309-3312。
[9]霍夫曼，马丁，蔡伟华等，半导体光催化的环境应用[]。化学评论，1995，95，1: 69-96。
[10]杨俊升，安世杰，朴伟义等，利用金属有机化学气相沉积生长的氧化锌薄膜和纳米针的光催化作用[]。高级材料，2004，16，18: 1661-1664。