本文關鍵詞：基于鉍系半導體的新型光催化劑的設計、制備及其性能研究

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【摘要】：自從人們發(fā)現(xiàn)氧化物半導體二氧化鈦具有光催化性能以來,越來越多的半導體被觀察到具有光催化性能,而且,光催化也成為一種研究半導體內(nèi)載流子行為的重要手段。在眾多的半導體光催化劑中,鉍系半導體因為可以響應可見光、抗光腐蝕能力強、對生物無毒、對環(huán)境無污染等優(yōu)點而受到廣泛重視。然而,它們對可見光的利用率較低、電子空穴對復合率較高以及量子效率較低等缺點限制了在實際中的應用。本論文針對鉍系半導體材料作為光催化劑所存在的問題,以BiVO_4、Bi_2WO_6和Bi_2O_3為主要研究對象,通過材料復合和元素摻雜等方法,試圖提高它們的可見光利用率和量子效率,降低載流子的復合率,并研究了載流子在其內(nèi)部的分離和輸運機制。主要的研究內(nèi)容和實驗結果如下:1.通過簡單的溶劑熱法制備了病毒狀BiVO_4/Bi_2WO_6復合物、純BiVO_4和Bi_2WO_6納米顆粒,系統(tǒng)分析了BiVO_4摩爾量對復合物的結構和光催化性能的影響。實驗結果表明,BiVO_4摩爾百分數(shù)為50%的復合物呈現(xiàn)最優(yōu)的光催化性能。可見光照射60 min后,溶液中羅丹明B的分解率達到了91%。通過對BiVO_4/Bi_2WO_6復合物的結構、紫外漫反射光譜以及光降解過程的分析我們發(fā)現(xiàn),光致界面電荷轉(zhuǎn)移對光生載流子的分離和輸運起到了關鍵作用,提高了對可見光的利用率,并在一定程度上降低了載流子的復合率,進而改善了光催化性能。2.采用成本低廉、環(huán)境友好的超聲分散方法制備了N摻雜Bi_2O_3/g-C_3N_4復合物,通過改變前驅(qū)物中g-C_3N_4的濃度,系統(tǒng)分析了g-C_3N_4含量對復合物光催化性能的影響。實驗結果表明,N摻雜Bi_2O_3被g-C_3N_4薄層包覆,當g-C_3N_4的質(zhì)量分數(shù)為66.7%時,復合物表現(xiàn)出最佳的光催化性能,溶液中的羅丹明B在可見光照射15 min后分解率達到了94.4%,分別是純g-C_3N_4的4.6倍和純Bi_2O_3的8.2倍。光催化性能的提高是由于復合物對可見光吸收的增強以及其中的Bi_2O_3納米顆粒與g-C_3N_4包覆層的協(xié)同效應。3.利用簡單的水熱法一步合成了球狀Bi_2O_3/a-Fe_2O_3復合物。通過改變前驅(qū)物中硝酸鐵的濃度,系統(tǒng)地分析了a-Fe_2O_3的含量對復合物結構和光催化性能的影響。實驗結果表明,Bi_2O_3/a-Fe_2O_3復合物是納米顆粒構成的介孔球,其光催化性能相對于純Bi_2O_3和純a-Fe_2O_3有很大的提升。當a-Fe_2O_3的摩爾百分數(shù)為30%時,Bi_2O_3/a-Fe_2O_3復合物的光催化性能最佳,溶液中的羅丹明B在可見光照射60 min后分解率超過了95%。光催化性能的改善一方面是由于與a-Fe_2O_3的復合增強了Bi_2O_3對可見光的吸收,另一方面是由于在Bi_2O_3和a-Fe_2O_3之間形成了異質(zhì)結等特定的載流子輸運結構,提高了載流子的分離率。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36

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本文編號：1165410