【摘要】：研制和開發(fā)高性能的鉍系光催化材料對于解決日趨嚴重的環(huán)境污染和能源危機等問題,具有重要的科學意義和實用價值。然而,已報道的鉍基光催化材料由于自身結構和功能缺陷,普遍具有較低的光生電荷分離效率和較差的光催化活性及穩(wěn)定性。研究表明:材料的微觀結構(形貌、尺寸、維度、晶面,比表面等)與光催化性能密切相關。因此,我們通過設計不同的合成路線對鉍基光催化材料的微觀結構進行了調控,具體工作如下:超薄納米片組裝的多級結構是材料化學和光催化領域的研究熱點之一,因為這種材料可以結合多級結構和超薄材料的優(yōu)點。我們以預先制備的Bi_(25)VO_(40)微立方塊作為Bi~(3+)的前驅體,采用一種簡單的離子交換法,合成出了由厚度為3-5 nm的超薄納米片組裝而成的新型多級多孔結構的Bi_(24)O_(31)Br_(10)。實驗表明,Bi_(24)O_(31)Br_(10)分層結構具有較高的比表面積(?67.16 m~2/g)和豐富的介孔結構,對高濃度的羅丹明B(RhB)具有較強的吸附能力。通過計算得出該產品的最大吸附量為24.4 mg/g。光催化結果表明,制備的Bi_(24)O_(31)Br_(10)樣品表現出顯著的結構引起的光催化性能增強。紫外-可見光照射12 min后,96%的RhB溶液(40mg/L)完全分解。此外,活性捕獲實驗表明,光生空穴在RhB分子降解過程中起主要作用。由超薄納米片構成的,貴金屬納米顆粒修飾的多級復合光催化劑,由于其獨特的微觀結構和功能組合而被認為是提高光催化性能的有效方法之一。因此,我們通過簡單的溶劑熱合成方法,成功制備了Ag納米顆粒修飾的餅狀Bi_(24)O_(31)Cl_(10)多級結構。實驗表明,所得樣品由厚度為5-10 nm的Bi_(24)O_(31)Cl_(10)超薄納米片組成。Ag-Bi_(24)O_(31)Cl_(10)納米復合材料在引入Ag納米顆粒后,與純Bi_(24)O_(31)Cl_(10)樣品相比,降解羅丹明B的能力明顯提高。Ag在異質結構光催化劑中的用量對光催化效率有顯著影響,Ag負載量為4 wt%時,所得產物表現出最好的光催化活性。此外,我們還提出了一種Ag納米顆粒修飾的餅狀Bi_(24)O_(31)Cl_(10)多級復合光催化劑光降解活性增強的機理。摻雜型超薄二維半導體光催化劑由于其獨特的微觀結構,如優(yōu)異的光吸收能力,更多的反應位點和有效的光誘導電荷轉移能力而被認為是提高光催化性能的重要途徑。因此,我們提出了一個簡單的水熱合成路線,用于構建厚度約為4 nm的Fe~(3+)摻雜的Bi_2Mo_2O_9超薄納米片。實驗結果表明,在Bi_2Mo_2O_9晶格中引入Fe~(3+)可以提高樣品的光吸收能力,窄化其帶隙。光催化結果表明,與純Bi_2Mo_2O_9相比,摻雜Fe~(3+)后的Bi_2Mo_2O_9超薄納米片對羅丹明B的降解效率明顯提高。此外,還研究并提出了一種可能的光催化活性增強機制。
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O643.36;O644.1
【圖文】：

強自由基的幫助下（·OH 和 O2·-）把污染物完全礦化，轉幾種方法可以生成這些自由基來實現高級氧化過程，即基理、光催化等[2 5]。光催化降解技術是涉及半導體光催化和種高級氧化過程。光催化現象的研究首先源于“Honda-Fuj用二氧化鈦的光電化學水分解有關。光催化是光照下光催應，反應前后催化劑保持不變。原則上，這是一種“綠色太陽能和空氣中的氧氣，可在環(huán)境溫度和壓力下進行，因。催化原理理上，多相光催化是涉及 5 個步驟的過程，污染物從大量劑表面上，光催化劑對污染物的吸附，光催化反應，產物流體相中的運輸。如圖 1.1 所示。

基本的光催化劑活化機制在如圖 1.2 中表示。這包括吸收具有比光催化劑帶隙（Eg）更大能量（= hν）的光子導致電子（e-）從其價帶（VB）到導帶CB）的轉移，從而導致在價帶（Eq（1））中產生空穴（h+）。但是這些分離空穴和電子可以重新組合并以釋放熱量的方式吸收能量（方程（2））。這些光電子和空穴然后分別與可用的氧化劑和還原劑反應，形成強有力且不穩(wěn)定的由基（方程（3）和（4）），這些自由基與污染物反應并隨后將其礦化成二氧碳和水，在反應過程中形成了一些中間產物（方程（5）和（6））。這些反應以總結如下：光催化劑 + hv → hVB++ eCB-(1)hVB++ eCB-→ 能量（熱） (2)H2O + hVB+→·OH（羥基自由基）+ H+(3)O2+ eCB-→ O2· （超氧自由基） (4)·OH + 污染物 → 中間產物 → H2O + CO2(5)O2· + 污染物 → 中間產物 → H2O + CO2(6)

圖 1.3 BiVO4的兩種晶體結構：四方（左）和單斜（右）Fig1.3 Two crystal structures of BiVO4: tetragonal (left) and monoclinic (right)4.4 BiOX (X = F, Cl, Br, I)鹵氧化鉍由于其光學特性，可被作為光催化材料。BiOX 的晶體結構由鹵素原子與[Bi2O2]層交織排列組成。

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 法文君;王平;岳冰;楊風嶺;李大鵬;鄭直;;Ag_3PO_4/Ag_2CO_3p n異質結復合光催化劑的制備及增強的可見光催化性能（英文）[J];催化學報;2015年12期

2 赫榮安;曹少文;周鵬;余家國;;可見光鉍系光催化劑的研究進展[J];催化學報;2014年07期

本文編號：2791830