本文關(guān)鍵詞：鹵氧化鉍及復(fù)合材料的制備與光催化性能研究

  更多相關(guān)文章： BiOX 光催化 異質(zhì)結(jié) 摻雜 燃燒法

【摘要】：目前,半導(dǎo)體光催化技術(shù)已經(jīng)成為去除生活環(huán)境中有機污染物的有效手段之一,在環(huán)境治理領(lǐng)域有著潛在的應(yīng)用前景。其中,二氧化鈦(TiO_2)光催化劑具有化學(xué)穩(wěn)定性強、無毒無害和成本低等優(yōu)點,被廣泛關(guān)注。但是TiO_2的禁帶寬度較大(銳鈦礦3.2 eV和金紅石3.0 eV),只能響應(yīng)紫外光,有著太陽能利用率低和量子產(chǎn)率低的缺點,限制了在生產(chǎn)和生活中的實際應(yīng)用。為了能夠更加高效的利用太陽能,尋找活性高的光催化劑材料是光催化研究的必然趨勢。鹵氧化鉍(BiOX,X=Cl、Br、I)是一類三元氧化物的半導(dǎo)體材料。BiOX具有良好的光吸收性能和光穩(wěn)定性,同時有著間接躍遷模式和特殊的Cl-[Bi_2O_2]~(2+)Cl~-的層狀晶體結(jié)構(gòu),這些特點有利于電子和空穴的快速分離和電荷轉(zhuǎn)移,使它們具有較高的光催化活性。為進一步提高其光催化性能,本論文通過形貌調(diào)控、Bi納米顆粒修飾、構(gòu)建BiOX/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)、摻雜等手段,制備了一系列高性能的BiOX及復(fù)合光催化材料,研究了制備條件對光催化性能的影響規(guī)律,探討了電子-空穴對的產(chǎn)生和分離過程、主要活性物種、穩(wěn)定性等,給出了鹵氧化鉍的光催化活性增強的可能機制。本論文主要包括如下幾個方面的研究:(1)采用燃燒法成功制備了BiOCl片狀光催化劑。與其他方法相比,燃燒法具有反應(yīng)時間短、設(shè)備要求低、加熱速度快和能源消耗低的優(yōu)點。結(jié)果表明,通過改變NH_4Cl的用量可以調(diào)控BiOCl片層的厚度和BiOCl的禁帶寬度,制備了(001)活性晶面暴露比例高的BiOCl,提高了其光催化性能。(2)采用一步燃燒法成功制備了Bi/BiOCl復(fù)合材料。制備過程中以檸檬酸為燃料,實現(xiàn)了鉍離子的還原。所制備的Bi/BiOCl復(fù)合材料具有優(yōu)異的可見光催化活性。這是因為制備過程中由于周圍的還原環(huán)境而產(chǎn)生了氧空位,減小了BiOCl的禁帶寬度,增加了對可見光的吸收;另外,單質(zhì)鉍可以捕獲BiOCl中的光生電子,提高了電子和空穴的分離效率,從而提高了光催化性能。(3)采用一步水熱法,通過控制水熱過程中乙醇的用量,得到了具有不同單質(zhì)鉍含量的Bi/BiOBr復(fù)合材料。所制備的Bi/BiOBr不僅具有優(yōu)異的可見光催化性能,還具有良好的穩(wěn)定性。這是因為制備過程中由于周圍的還原環(huán)境而產(chǎn)生了氧空位,減小了BiOBr的禁帶寬度,增加了對可見光的吸收;另外,單質(zhì)鉍可以捕獲BiOBr中的光生電子,提高了電子和空穴的分離效率,從而提高了光催化性能。(4)采用一步燃燒法制備了AgCl/BiOCl異質(zhì)結(jié)光催化材料。通過燃燒法成功構(gòu)建了AgCl與BiOCl的異質(zhì)結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的光催化活性。AgCl/BiOCl異質(zhì)結(jié)能夠有效抑制光生電子-空穴對的復(fù)合,增強了材料的光催化活性。(5)采用簡單的酸處理法制備了BiPO_4/BiOBr異質(zhì)結(jié)光催化材料。酸處理過程中,部分BiOBr與H_3PO_4反應(yīng)生成了BiPO_4,最終得到了BiPO_4/BiOBr異質(zhì)結(jié)構(gòu)。所制備的BiPO_4/BiOBr異質(zhì)結(jié)有優(yōu)異的光催化活性。這是因為BiPO_4/BiOBr能夠有效一致光生電子-空穴對的復(fù)合,增強了材料的光催化活性。(6)采用燃燒法制備了Fe~(3+)摻雜的BiOCl光催化材料。結(jié)果表明,Fe~(3+)代替Bi~(3+)進入BiOCl晶格,引入雜質(zhì)能級,減小了BiOCl的禁帶寬度,使其能吸收可見光。此外,Fe~(3+)能捕獲電子和空穴,提高了電子和空穴的分離效率。這些原因?qū)е铝怂苽涔獯呋牧暇哂袃?yōu)異的可見光催化性能。(7)采用燃燒法制備了Eu~(3+)摻雜的BiOCl光催化劑。與純BiOCl相比,摻雜后,Bi1-xEuxOCl具有優(yōu)異的紫外光催化性能。結(jié)果表明,Eu~(3+)代替Bi~(3+)進入BiOCl晶格,引入雜質(zhì)能級,BiOCl的禁帶寬度減小,使其光吸收能力增強。此外,Eu~(3+)能捕獲電子,提高了電子和空穴的分離效率。
【關(guān)鍵詞】：BiOX 光催化 異質(zhì)結(jié) 摻雜 燃燒法
【學(xué)位授予單位】：聊城大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 前言10-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11
• 1.2 光催化技術(shù)11-13
• 1.3 BiOX光催化材料13-15
• 1.4 BiOX光催化材料的改性方法15-18
• 1.5 論文選題目的和意義18-20
• 第二章 BiOCl的燃燒法制備及其光催化性能研究20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗部分20-22
• 2.3 結(jié)果與討論22-27
• 2.4 小結(jié)27-28
• 第三章 Bi/BiOCl的燃燒法制備及其光催化性能研究28-38
• 3.1 引言28-29
• 3.2 實驗部分29-31
• 3.3 結(jié)果與討論31-37
• 3.4 小結(jié)37-38
• 第四章 Bi/BiOBr的水熱法制備及其光催化性能研究38-47
• 4.1 引言38
• 4.2 實驗部分38-40
• 4.3 結(jié)果與討論40-46
• 4.4 小結(jié)46-47
• 第五章 AgCl/BiOCl復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究47-53
• 5.1 引言47
• 5.2 實驗部分47-49
• 5.3 結(jié)果與討論49-52
• 5.4 小結(jié)52-53
• 第六章 BiPO_4/BiOBr復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究53-63
• 6.1 前言53
• 6.2 實驗部分53-55
• 6.3 結(jié)果與討論55-62
• 6.4 小結(jié)62-63
• 第七章 Bi_(1-x)Fe_xOCl的制備及其光催化性能研究63-71
• 7.1 引言63
• 7.2 實驗部分63-65
• 7.3 結(jié)果與討論65-71
• 第八章 Bi_(1-x)Eu_xOCl的制備及其光催化性能研究71-80
• 8.1 引言71
• 8.2 實驗部分71-73
• 8.3 結(jié)果與討論73-79
• 8.4 小結(jié)79-80
• 第九章 論文的主要結(jié)論、創(chuàng)新點及進一步研究的建議80-83
• 9.1 論文的主要結(jié)論80-81
• 9.2 論文的創(chuàng)新點81
• 9.3 進一步建議81-83
• 參考文獻83-93
• 致謝93-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文94-95

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黎鳳喜;繆應(yīng)純;梁藝瑋;楊慧瓊;;鉍系氧化物在光催化技術(shù)中的研究進展[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2015年22期

2 王軍;伍水生;馬博凱;董倩;王亞明;;BiOCl/Bi_2O_3異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的制備和光催化性能研究[J];材料導(dǎo)報;2015年06期

3 譚欣;石婷;于濤;黃娟茹;胡文麗;;高活性異質(zhì)結(jié)TiO_2/SrTiO_3納米管陣列及其光電催化性能[J];天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版);2014年11期

4 劉君子;李方橋;黃U_亮;盧君;汪淑廉;;納米TiO_2復(fù)合材料制備及其光催化研究進展[J];三峽大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年02期

5 Jiaqin Liu;Jiajia Hu;Lili Ruan;Yucheng Wu;;Facile and environment friendly synthesis of hierarchical BiOCl flowery microspheres with remarkable photocatalytic properties[J];Chinese Science Bulletin;2014年08期

6 Teruhisa Okuno;Go Kawamura;Hiroyuki Muto;Atsunori Matsuda;;Fabrication of Shape-Controlled Au Nanoparticles in a TiO_2-Containing Mesoporous Template Using UV Irradiation and Their Shape-Dependent Photocatalysis[J];Journal of Materials Science & Technology;2014年01期

7 李莉;路露;高宇;趙月紅;禚娜;;納米復(fù)合材料Ag/TiO_2微波輔助合成與光催化性能[J];稀有金屬材料與工程;2013年06期

8 Baihua Long;Jianhui Huang;Xinchen Wang;;Photocatalytic degradation of benzene in gas phase by nanostructured BiPO_4 catalysts[J];Progress in Natural Science:Materials International;2012年06期

9 張瓊;陳卓華;徐作成;朱林飛;廖唯辰;楊婧羚;何春;;AgI/BiOI異質(zhì)結(jié)催化劑的制備及其可見光催化降解酸性橙Ⅱ的性能研究[J];中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年06期

10 楊凱;余長林;張麗娜;余濟美;;BiOCl/ZnO異質(zhì)結(jié)型復(fù)合光催化劑的水熱合成及其光催化性能[J];人工晶體學(xué)報;2012年01期

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本文編號：1081141