摘 要

随着现代工业的快速发展，环境污染日益严重，因此高效、清洁、无污染的光催化技术得到了越来越多人的青睐。然而，其在实际应用受到了非常大的限制，限制它的主要原因之一是光生载流子易复合，这使得光催化活性比较低。研究表明，压电效应产生的空间电场能够有效地促进光生载流子的分离，抑制光生载流子的复合，最终大大增强半导体光催化剂的催化活性。目前，多数压电协同光催化反应都需要借助超声波场，消耗大量能源与我们的可持续发展战略相违背。因此，本课题组通过相转换法，利用不同溶剂，非溶剂的挥发，制备了系列PVDF-HFP多孔柔性光催化薄膜，并通过XRD，SEM及催化降解抗生素测试，对其进行了物相，形貌及光催化活性的表征。实验结果表明，3-D多孔的PVDF-HFP@（光催化剂）薄膜能够有效的增强光催化性能，提升的主要原因为：1，多孔的结构更易形变,在较小的力的作用下就可以发生形变,从而可以在微弱外力-水流下产生可再生的压电电场；2，多孔的结构可以提供更大的表面积，给予反应更大的反应面积，使得反应更加的高效。

关键词： 光催化 多孔结构 压电 PVDF-HFP

ABSTRACT

More and more waste has been discharged into the environment with the development of industry,making environmental problems worse,Photocatalytic technology is popular for its high efficiency,cleanness and non-polluting.However,its practical application is greatly limited.One of the main reasons for this limitation is the easy recombination of photogenerated carriers.This makes photocatalytic activity relatively low.The results show that the space electric field generated by piezoelectric effect can effectively promote the separation of photogenerated carriers, restraining the recombination of photogenerated carriers, and greatly enhancing the catalytic activity of semiconductor photocatalysts in the end.At present, most piezoelectric synergistic photocatalytic reactions need the help of ultrasonic field, which consumes a lot of energy and is contrary to our sustainable development strategy. Therefore, a series of PVDF-HFP porous flexible photocatalytic thin films were prepared by phase conversion method, using volatilization of different solvents and non-solvents. The phase, morphology and photocatalytic activity of the films were characterized by XRD, SEM and catalytic degradation of antibiotics.The experimental results show that 3-D porous PVDF-HFP@ (photocatalyst) film can effectively enhance the photocatalytic performance.There are two reasons.The first reason is that the porous structure is more easily deformed and can deform under the action of a smaller force, which can generate renewable piezoelectric field under weak external pressure or water flow.The second reason is that he porous structure can provide a larger surface area and give a larger reaction area, making the reaction more effective.

Key words:photocatalysis ; porous structure; piezoelectricity ; PVDF-HFP

目 录

PVDF-HFP多孔有机柔性压电材料增强光催化性能的研究 I

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 如何提升光催化技术 4

1.2.1 综述 4

1.2.2 压电提升光催化活性 5

1.2.3 多孔结构提升光催化活性 5

1.2.4 PVDF 5

1.2.5 TiO₂ 6

1.3 本课题的问题提出及研究内容 7

1.3.1 本课题组要研究或解决的问题 7

1.3.2 拟采取的研究手段 7

第二章 实验方法 9

2.1 实验原料试剂与设备 9

2.2 材料的制备 10

2.2.1 TiO₂的制备 10

2.2.2 多孔薄膜的制备 11

2.3 材料的微观分析及表征 11

2.3.1 一些前期实验 11

2.3.2 复合薄膜的XRD分析 13

2.3.3 结论 14

第三章 降解实验 15

3.1 复合薄膜降解催化四环素 15

3.2 不同孔径的多孔复合材料薄膜催化降解四环素 16

3.3 不同孔隙的复杂程度多孔复合材料薄膜催化降解四环素 17

第四章 结论和展望 19

4.1 主要结论 19

4.2 展望 20

参考文献 21

致谢 26

第一章 绪论

1.1 引言

随着顽固性有机污染物在空气和废水流中的持续增加，环境法律法规变得更加严格^[1]。作为回应，开发新的环保方法来消灭这些污染物成为了一项紧迫的任务。最终，研究活动集中在高级氧化过程（AOPs），以破坏对传统方法有抵抗力的合成有机物^[2]。AOPs依赖于高活性自由基物种的原位生成，主要是利用太阳能、化学能或其他形式的能量^[3-4]。AOPs最吸引人的特点是，这种强氧化性的活性基可以破坏各种有机化学底物，而没有选择性。在AOP中，非均相光催化作为一种有效的降解水和大气有机污染物的手段已被证明是一种非常有意义的方法。多相光催化是在半导体光催化剂存在下加速光反应的过程。多相催化的主要应用之一是光催化氧化（PCO），它能将气相或液相污染物部分或全部矿化为良性物质^[5]。即使降解开始于部分降解，术语“光催化降解”通常指完全光催化氧化或光矿化，基本上是指二氧化碳、水、NO^3-，PO₄^3-和卤化物离子。氧化钛光催化也被称为“Honda–Fujishima效应”，这是由Fujishima和Honda的开创性研究首次揭示的^[6]。这些工作人员揭示了由具有惰性阴极和金红石二氧化钛阳极的光电化学电池分裂水的可能性。因此，二氧化钛光催化的应用扩展到了环境领域。Frank和Bard首次报道了二氧化钛在阳光下光催化氧化水介质中的CN^-和SO₃^2-中的应用，Inoue等在关于光催化还原二氧化碳的后续报告中表明他们对二氧化钛光催化更感兴趣^[7]。

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