【摘要】：光催化技術(shù)在環(huán)境治理和新能源制備的研究中應(yīng)用廣泛,是一種綠色清潔的解決環(huán)境污染和能源短缺的有效方法。近年來,鉍系半導(dǎo)體光催化劑作為一類新型高效的光催化劑在有機(jī)污染物降解,重金屬離子消除,太陽能光解水制氫和二氧化碳還原等研究領(lǐng)域受到廣泛研究與應(yīng)用。但是,目前報(bào)道的大多數(shù)鉍系光催化劑在單獨(dú)使用時(shí)依然存在太陽能利用效率低,光生電子-空穴對(duì)復(fù)合快等問題,因此限制了其大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。所以,研究者們提出了多種方法來提高光催化劑的可見光吸收性能和光生電子-空穴對(duì)的分離和遷移效率:通過形貌調(diào)控可以得到具有較高比表面積和特定活性晶面的片狀、花瓣?duì)睢⑶驙�、顆粒狀的鉍系光催化劑。進(jìn)一步地載體與活性組分間的異質(zhì)結(jié)構(gòu)建可以有效提高光催化劑的光吸收性能和促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離效率。此外通過元素?fù)诫s不僅可以有效調(diào)控光催化劑的帶隙,還能促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的高效分離。本論文的主要內(nèi)容是探索合成了具有高比表面積的片狀和球狀氯氧化鉍(BiOCl)以及片狀和花瓣?duì)铈u酸鉍(Bi2W06)。并以BiOCl為載體,硫化鍋量子點(diǎn)(CdSQDs)為負(fù)載劑,采用區(qū)域選擇沉積法制備了 CdSQDs/BiOCl和Z型CdS/CQDs/BiOCl異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑。另外,以花瓣?duì)頑i2W06為載體和犧牲劑,KBH4為還原劑,CdSQDs為負(fù)載劑,采用原位還原-沉積法構(gòu)建了 CdS QDs/Bi/Bi2W06復(fù)合光催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,形貌調(diào)控和異質(zhì)結(jié)構(gòu)建有效提高了 BiOCl和Bi2WO6的比表面積,增強(qiáng)了可見光吸收性能和光生電子-空穴對(duì)的分離效率,進(jìn)而顯著提高了其光催化活性。論文的研究結(jié)果如下:1、以五水合硝酸鉍(Bi(N03)3·5H2O)和氯化鈉(NaCl)為原料,采用溶劑熱法制備了片狀、微球狀的BiOCl。當(dāng)溶劑為乙二醇時(shí),所得到的產(chǎn)物為粒徑為2-3 μm球形BiOCl。當(dāng)溶劑為乙二醇水溶液時(shí)(V=1:1),所得產(chǎn)物為邊長(zhǎng)200-300nm,厚度為40nm的BiOCl納米片。光催化實(shí)驗(yàn)表明,可見光照射60min,微球狀BiOCl和片狀BiOCl降解20 ppm羅丹明B的效率分別為42%和30%。紫外光照射120 min,微球狀BiOCl和片狀BiOCl降解40ppm苯酚的效率分別為43%和 41%。以Bi(NO3)3·5H2O和鎢酸鈉(Na2WO4·2H2O)為原料,聚乙烯吡咯烷酮(PVPK30)為表面改性劑,采用水熱法分別制備了片狀、花瓣?duì)畹腂i2WO6。當(dāng)不添加PVPK30時(shí),所制備的Bi2WO6為不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)PVP的添加量為1.9 mg/mL時(shí),所制備的Bi2WO6為規(guī)則的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)。分析測(cè)試結(jié)果表明,花瓣?duì)詈推瑺頑i2WO6的比表面積分別為15.96m2/g和6.35m2/g。可見光下,花瓣?duì)頑i2WO6對(duì)10 ppm羅丹明B的降解效率較片狀Bi2WO6提高了 1.7倍。2、分別以片狀、微球狀BiOCl為載體,硫化鎘量子點(diǎn)(CdSQDs)為負(fù)載劑,采用區(qū)域選擇沉積過程制備了 CdS QDs/BiOCl異質(zhì)結(jié)光催化劑。結(jié)果表明,粒徑小于10 nm的CdSQDs均勻負(fù)載在BiOCl納米片/微球的表面,另外,CdSQDs的負(fù)載顯著提高了 BiOCl的可見光吸收性能,并促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的分離。其中CdSQDs的負(fù)載量為3wt%時(shí),CdSQDs-3%/BiOCl具有最高的光催化活性,可見光照射下,其光催化降解1Oppm甲基橙的活性是純BiOCl的4.0倍。3、以Bi(NO3)3·5H2O和NaCl為原料,碳量子點(diǎn)(CQDs)和CdS QDs為負(fù)載劑,采用兩步區(qū)域選擇沉積法制備了 Z型CdS/CQDs/BiOCl異質(zhì)結(jié)光催化劑。結(jié)果表明,粒徑為2-5 nm的CQDs夾在CdS納米顆粒和BiOCl納米片中間,形成三明治的夾層結(jié)構(gòu)。由于CQDs具有良好的導(dǎo)電性,Z型CdS/CQDs/BiOCl異質(zhì)結(jié)不僅有效地促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的分離,還使其具有出色的氧化還原性能�？梢姽庹丈� 50 min,CdS/CQDs/BiOCl 和 BiOCl 對(duì) 20 ppm RhB降解率分別為99%和40%。4、以乙醇溶液為分散劑,硼氫化鉀(KBH4)溶液為還原劑,可控還原花瓣?duì)頑i2WO6得到Bi/Bi2W06復(fù)合光催化劑,進(jìn)一步采用液相沉積法制備了 CdSQDs/Bi/Bi2W06復(fù)合光催化劑。結(jié)果表明,粒徑分別為5 nm的CdS QDs,10 nm的金屬Bi均勻分散在Bi2WO6納米片的表面。金屬Bi的負(fù)載有效促進(jìn)了 CdS與Bi2WO6之間的電子轉(zhuǎn)移,可見光下CdS QDs/Bi/Bi2W06對(duì)10 ppm羅丹明B和6.6 mg/L甲醛的降解速率較Bi2WO6分別提高了 4.2和3.1倍。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;O644.1
【圖文】：

大量的空穴（ｈ＋）。其中ｅ？具有還原性，ｈ＋具有氧化性。ｅ？可將ＣＯ；；還原為ＣＨ３ＯＨ，逡逑將水中的Ｈ＋還原為Ｈ２。ｈ＋可將有機(jī)污染降解為（：０２和出０［５，９］。光催化機(jī)理如逡逑圖１－丨所示，因此光催化劑技術(shù)可用于能源制造和環(huán)境治理方面。逡逑ｃｈ３ｏｈ邋＾邐２＾；邋Ｈ２逡逑Ｃ０２邋－丨邋ｆ邋，邋Ｈ邋０逡逑ｐｈｏｔｏｃ＾ｉｔａｌｙｓｔｌ邋．邐＾邋１＇ｇｈｔ逡逑Ｉ邋—邋￡逡逑ｈ＋ｈ＋ｈ＋ｌＴ＾１＂＊邋ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ逡逑＾邋ｃｏ２邋＋邋ｈ２ｏ逡逑圖１－１光催化機(jī)理示意圖逡逑Ｆｉｇ邋１－１．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ逡逑１．３鉍系光催化劑簡(jiǎn)介逡逑目前，根據(jù)所含元素的不同可將鉍系光催化劑分為：含鉍氧化物、含鉍硫逡逑化物、含鉍多元氧化物、含鉍鹵化物等［２］。其中很多鉍系光催化劑具有層狀結(jié)構(gòu)，逡逑從其電子結(jié)構(gòu)來看，Ｂｉ邋６ｓ軌道和０邋２ｐ軌道發(fā)生雜化，使得其價(jià)帶上移，有利逡逑于光催化過程中光生ｅ－－ｈ＋對(duì)的分離和遷移，因此鉍系光催化劑具有較好的光催逡逑化性能。其中，光催化劑的帶隙結(jié)構(gòu)決定了其光催化應(yīng)用領(lǐng)域。鉍系光催化劑帶逡逑隙結(jié)構(gòu)如表１－１所示。逡逑２逡逑

圖ｌ－３Ｂｉ２Ｗ０６結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇ邋１－３．邋Ｔｈｅ邋ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ邋ｏｆ邋ＢｈＷ0６逡逑Ｃｌ和Ｂｉ２Ｗ０６的合成方法逡逑Ｃｌ邋的制備逡逑的制備ＢｉＯＣｌ的方法主要有液相沉淀法％１４］、水解法和溶劑熱／４逡逑

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王曉雯;張小超;樊彩梅;;BiOCl基光催化材料的研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2014年01期

2 李二軍;陳浪;章強(qiáng);李文華;尹雙鳳;;鉍系半導(dǎo)體光催化材料[J];化學(xué)進(jìn)展;2010年12期

本文編號(hào)：2739036