【摘要】：全球能源結(jié)構(gòu)持續(xù)演變,能源強度需求所帶來的是嚴峻的環(huán)境問題,特別是有機廢水又屬于生物不可降解。傳統(tǒng)的治理路徑,如沉淀分離法、吸附分離法并不能高效消除有害物質(zhì),而現(xiàn)代技術(shù)則是基于半導(dǎo)體的非均相光催化反應(yīng)過程和直接在太陽光下催化劑的活化驅(qū)動氧化-還原反應(yīng)。利用非均相光催化反應(yīng)體系將資源豐富的光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能以達到百分百礦化有毒有機廢液或有機廢氣目的,且不會造成二次環(huán)境污染,是一項理想的環(huán)境污染控制技術(shù)。以TiO_2為代表的這類光催化劑對光響應(yīng)的范圍偏窄,僅局限于紫外光區(qū)域并且量子效率較低。目前,許多研究都致力于合成吸光性較好、高量子效率、高穩(wěn)定性、大比表面積以及易回收的光催化劑,使其具有高的光催化效率。在眾多催化材料中,鉍基復(fù)合材料,尤其是鎢酸鉍基改性材料因由鈣鈦礦型(WO_6)~(2-)層和[Bi_2O_2]~(2+)交叉堆積而成,價帶由Bi 6s軌道和O 2p軌道雜化構(gòu)成,導(dǎo)帶由W 5d構(gòu)成而具備獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的可見光催化性能而備受關(guān)注。鎢酸鉍納米材料的改性合成及其性能研究也成為光催化材料研究的熱點之一。本文以鎢酸鉍為基礎(chǔ)光催化材料,采用溶劑熱法成功制備了g-C_3N_4/PPy/Bi_2WO_6三元花狀復(fù)合材料,以及Bi_2WO_6/TiO_2二元納米帶復(fù)合材料,并對兩種復(fù)合材料的形貌結(jié)構(gòu)、生長機理和光催化性能進行全面系統(tǒng)的研究。碩士階段的研究工作主要包括以下兩個部分:(1)以硝酸鉍、鎢酸鈉分別為鉍源、鎢源,通過水熱法利用PPy和g-C_3N_4與Bi_2WO_6分子間相互作用成功制備了類似花狀結(jié)構(gòu)的g-C_3N_4/PPy/Bi_2WO_6復(fù)合材料。其中使用三聚氰胺(C_3H_6N_6)為原料,采用熱縮聚合法制備石墨相氮化碳(g-C_3N_4)納米片;用化學(xué)氧化法,以吡咯為單體制備聚吡咯(PPy)。通過XRD、SEM、TEM、BET、FT-IR、XPS、DRS技術(shù)系統(tǒng)研究g-C_3N_4/PPy/Bi_2WO_6的形貌、結(jié)構(gòu)以及吸光性能。花狀g-C_3N_4/PPy/Bi_2WO_6是由25nm的g-C_3N_4納米顆粒和100-200nm的PPy顆粒修飾在3D Bi_2WO_6花球的納米片上,花球尺寸大概在3-5μm。我們對其生長原理進行了探討發(fā)現(xiàn)奧斯特瓦爾德熟化是花狀結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵機理。最后通過評估在可見光下降解羅丹明B的效率,并與g-C_3N_4、Bi_2WO_6、PPy/Bi_2WO_6、PPy/g-C_3N_4、g-C_3N_4/Bi_2WO_6樣品做了對比,探索在復(fù)合材料光催化性能中高分子材料的影響。實驗結(jié)果表明:PPy在多組分復(fù)合材料中擔(dān)任g-C_3N_4、Bi_2WO_6之間的電荷傳輸橋,Z體系保留了g-C_3N_4導(dǎo)帶(CB)中具有高還原能力的電子和Bi_2WO_6價帶(VB)中具有高氧化能力的空穴,所以Z體系g-C_3N_4/PPy/Bi_2WO_6在可見光下的光催化效果優(yōu)于g-C_3N_4、Bi_2WO_6、PPy/Bi_2WO_6、PPy/g-C_3N_4、g-C_3N_4/Bi_2WO_6樣品。(2)利用P25納米顆粒,以三步法:堿水熱法、酸處理法和熱退火法,自組裝制備TiO_2納米帶。引入鉍源、鎢源再進一步通過溶劑熱法,經(jīng)乙二醇的絡(luò)合作用將Bi~(3+)成功負載在TiO_2表面制備了Bi_2WO_6/TiO_2納米帶。以在紫外光、可見光下對羅丹明B(RhB)的降解效率為評價標(biāo)準(zhǔn),探究不同的Bi_2WO_6摩爾含量對Bi_2WO_6/TiO_2異質(zhì)結(jié)的作用。當(dāng)Bi_2WO_6與TiO_2處于最佳摩爾比率時,異質(zhì)結(jié)作用使光催化性能最優(yōu)化,即在可見光照射下,當(dāng)Bi_2WO_6:TiO_2的摩爾比率在0.3:1時,50mg的Bi_2WO_6/TiO_2催化劑在150min內(nèi)降解了60%的20mg/L的RhB。
【圖文】：

圖 1.1 半導(dǎo)體分類示意圖：（a）本征半導(dǎo)體，（b）n 型半導(dǎo)體，（c）p 型半導(dǎo)體Figure 1.1 Schematic diagram of semiconductor classification: (a) intrinsic semiconducto(b) n-type semiconductor, (c) p-type semiconductor.半導(dǎo)體的分類類型有很多,半導(dǎo)體就是否含有雜質(zhì)而言，分為本征半導(dǎo)圖 1.1a）和雜質(zhì)半導(dǎo)體（圖 1.1b-c）[8]。本征半導(dǎo)體沒有晶格缺陷，并且晶構(gòu)中完全不含雜質(zhì)元素，例如純化的硅和鍺單晶。根據(jù)摻雜的元素不同，半導(dǎo)體進一步分為 n（negative）型半導(dǎo)體（圖 1.1b）和 p（positive）型半（圖 1.1 c）。當(dāng)正電中心是負離子空位或間隙中是正離子時，正電中心束電子很容易掙脫到導(dǎo)帶，正電中心起到供給電子的施主作用，成為導(dǎo)帶中由電子，這種半導(dǎo)體是 n 型半導(dǎo)體（施主能級 Ed靠近導(dǎo)帶底部 Ec）。未被的多余電子的能級稱為施主能級（局部態(tài)），它只存在于施主雜質(zhì)原子附近[負電中心是正離子空位或間隙中是負離子時，負電中心束縛的空穴很容易

污染物的吸附性能有影響，例如多殼中空的 Bi2WO6微球[10]、心球[11]等。另外，半導(dǎo)體材料的尺寸對光生載流子的傳輸速率影子點組裝的三維中空 Bi2WO6結(jié)構(gòu)[12]和 Bi2WO6量子點/g-C3N4等。導(dǎo)體催化劑提高其光催化性能的方法有很多，如離子摻雜、助復(fù)合和染料光敏化等。子摻雜是利用物理化學(xué)方法將離子摻雜到半導(dǎo)體晶格中引起晶體形態(tài)，引起半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)或者影響電子空穴的運動狀態(tài)位須與半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶匹配。同時，多種類型的離子共摻以 Bi2WO6為例，已報道的摻雜元素有非金屬元素 Cl[14]，，Br[15[18]，堿土金屬元素 Mg[19]，過渡金屬元素 Ni[20]，Cu[21]，Ag[22過渡金屬鑭系元素 Ho/Yb[25]，La[26]等。
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O643.36;O644.1;X703

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本文編號：2619262