【摘要】：光催化技術(shù)能夠利用光激發(fā)半導(dǎo)體材料分解水和氧化水中污染物,具有可再生能源替代和環(huán)境保護(hù)的巨大應(yīng)用前景。為了有效利用清潔豐富的太陽能,尋求在可見光下響應(yīng)的高效光催化劑成為研究熱點(diǎn)。可見光響應(yīng)型催化劑的實(shí)際應(yīng)用,對解決現(xiàn)有的能源短缺和環(huán)境污染問題具有重要的意義。本文采用共沉淀方法合成催化劑,選取BiOBr催化劑為核心,對其進(jìn)行設(shè)計(jì)改性,以設(shè)計(jì)成為在可見光下具有高催化活性的光催化劑為目的,進(jìn)行系列了研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)采用簡單的共沉淀方法合成BiOBr,對其進(jìn)行非金屬離子摻雜和金屬離子摻雜,分別合成了BiOBr_xCl_(1-x)和BF復(fù)合物,并將Cl~-和Fe~(3+)不同添加量對BiOBr光催化性能影響進(jìn)行了探究。通過XRD、SEM、UV-vis等方法對材料進(jìn)行表征,系統(tǒng)分析了離子摻雜提升BiOBr光催化性能的原因。光催化測試結(jié)果表明:在可見光下降解甲基橙溶液,BiOBr_(0.5)Cl_(0.5)和BF-10%經(jīng)過4 h光照后,降解率分別為95.81%和98.90%。(2)采用一步法構(gòu)筑BiOBr/CeO_2異質(zhì)結(jié)。通過XRD、UV-vis、BET等方法進(jìn)行表征,結(jié)果表明復(fù)合材料形成了異質(zhì)結(jié)。BiOBr/CeO_2拓寬了BiOBr的吸收邊和增大了比表面積。異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的存在加快了光生電子-空穴的分離,加快了光催化降解。在降解甲基橙的實(shí)驗(yàn)中,BC-20%在可見光下,120 min光照內(nèi),降解率達(dá)到98.19%,是純BiOBr降解率的2倍,光催化活性明顯提高。(3)以NaBH_4作為還原劑,將貴金屬離子還原,制備了貴金屬負(fù)載BiOBr的系列復(fù)合物。采取現(xiàn)代表征手段XRD、TEM、UV-vis等,對不同貴金屬種類改性對BiOBr光催化性能的影響進(jìn)行了探究,并選取貴金屬Pd,探究了負(fù)載量對性能的影響。結(jié)果表明貴金屬納米顆粒成功地沉積在BiOBr上。貴金屬/BiOBr加速了光生載流子地分離,提高了反應(yīng)活性。光催化測試結(jié)果表明,在可見光下,經(jīng)過150 min光照后可實(shí)現(xiàn)對甲基橙溶液地完全降解,并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O643.36;O644.1;X703
【圖文】：

[13]。圖1-1 半導(dǎo)體光催化反應(yīng)過程半導(dǎo)體光催化的基本原理[14,15]，如上圖1-1所示，主要是：當(dāng)半導(dǎo)體催化劑受到大于或等于其禁帶寬度的光照時(shí)，吸收光能被激發(fā)，電子被激發(fā)形成高能活性電子（e-），而價(jià)帶產(chǎn)生帶正電的空穴（h+）。其中電子（e-）利用本身的強(qiáng)還原能力，可以溶解水中的氧氣（O2）得到超氧自由基（ O2-），或者是發(fā)生某些反應(yīng)生成羥基自由基（ OH），兩種基團(tuán)均可實(shí)現(xiàn)對污染物的降解。同時(shí)，空穴（h+）也可利用本身的強(qiáng)氧化能力

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文化技術(shù)存在的問題術(shù)作為國際上研究活躍的領(lǐng)域之一，目前主要存在的問題即光催化劑對太陽光的響應(yīng)范圍窄，大多以汞燈為光源太陽光 5%，對占太陽光 46%的可見光和 49%的近紅外光 1-2 所示[29]；2、太陽光量子效率低，即載流子易發(fā)生復(fù)解性能差。

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文表示的物理意義為：半導(dǎo)體光催化材料所響應(yīng)的波長是由其本身的禁帶寬度決定的[13]。通過調(diào)節(jié)其禁帶寬度，可使材料吸收更多的可見光。改變半導(dǎo)體的禁帶寬度可以通過離子摻雜方式。離子摻雜是指將不同元素?fù)诫s在一起，使其可以部分取代或者填充在半導(dǎo)體催化劑材料的晶格中，使催化劑產(chǎn)生晶格缺陷，也會改變催化劑材料的結(jié)晶性。離子摻雜主要分為非金屬和金屬兩類。通過非金屬、金屬離子摻雜分別會在價(jià)帶和導(dǎo)帶附近產(chǎn)生一個(gè)新的能級，稱為雜質(zhì)能級，如圖 1-3 所示。雜質(zhì)能級的產(chǎn)生可以增大載流子的濃度，調(diào)節(jié)帶隙，最終達(dá)到提升光催化性能的效果。

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本文編號：2768869