【摘要】：研制和開發(fā)高性能的鉍系光催化材料對(duì)于解決日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染和能源危機(jī)等問題,具有重要的科學(xué)意義和實(shí)用價(jià)值。然而,已報(bào)道的鉍基光催化材料由于自身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(形貌、尺寸、維度、晶面,比表面等)與光催化性能密切相關(guān)。因此,我們通過設(shè)計(jì)不同的合成路線對(duì)鉍基光催化材料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)控,具體工作如下:超薄納米片組裝的多級(jí)結(jié)構(gòu)是材料化學(xué)和光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,因?yàn)檫@種材料可以結(jié)合多級(jí)結(jié)構(gòu)和超薄材料的優(yōu)點(diǎn)。我們以預(yù)先制備的Bi_(25)VO_(40)微立方塊作為Bi~(3+)的前驅(qū)體,采用一種簡(jiǎn)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(jí)多孔結(jié)構(gòu)的Bi_(24)O_(31)Br_(10)。實(shí)驗(yàn)表明,Bi_(24)O_(31)Br_(10)分層結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積(?67.16 m~2/g)和豐富的介孔結(jié)構(gòu),對(duì)高濃度的羅丹明B(RhB)具有較強(qiáng)的吸附能力。通過計(jì)算得出該產(chǎn)品的最大吸附量為24.4 mg/g。光催化結(jié)果表明,制備的Bi_(24)O_(31)Br_(10)樣品表現(xiàn)出顯著的結(jié)構(gòu)引起的光催化性能增強(qiáng)。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(shí)驗(yàn)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(gòu)成的,貴金屬納米顆粒修飾的多級(jí)復(fù)合光催化劑,由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和功能組合而被認(rèn)為是提高光催化性能的有效方法之一。因此,我們通過簡(jiǎn)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(jí)結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)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(fù)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(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑中的用量對(duì)光催化效率有顯著影響,Ag負(fù)載量為4 wt%時(shí),所得產(chǎn)物表現(xiàn)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(jí)復(fù)合光催化劑光降解活性增強(qiáng)的機(jī)理。摻雜型超薄二維半導(dǎo)體光催化劑由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu),如優(yōu)異的光吸收能力,更多的反應(yīng)位點(diǎn)和有效的光誘導(dǎo)電荷轉(zhuǎn)移能力而被認(rèn)為是提高光催化性能的重要途徑。因此,我們提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的水熱合成路線,用于構(gòu)建厚度約為4 nm的Fe~(3+)摻雜的Bi_2Mo_2O_9超薄納米片。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jié)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(duì)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(qiáng)機(jī)制。
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(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】：

強(qiáng)自由基的幫助下（·OH 和 O2·-）把污染物完全礦化，轉(zhuǎn)幾種方法可以生成這些自由基來實(shí)現(xiàn)高級(jí)氧化過程，即基理、光催化等[2 5]。光催化降解技術(shù)是涉及半導(dǎo)體光催化和種高級(jí)氧化過程。光催化現(xiàn)象的研究首先源于“Honda-Fuj用二氧化鈦的光電化學(xué)水分解有關(guān)。光催化是光照下光催應(yīng)，反應(yīng)前后催化劑保持不變。原則上，這是一種“綠色太陽(yáng)能和空氣中的氧氣，可在環(huán)境溫度和壓力下進(jìn)行，因。催化原理理上，多相光催化是涉及 5 個(gè)步驟的過程，污染物從大量劑表面上，光催化劑對(duì)污染物的吸附，光催化反應(yīng)，產(chǎn)物流體相中的運(yùn)輸。如圖 1.1 所示。

基本的光催化劑活化機(jī)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(dǎo)致電子（e-）從其價(jià)帶（VB）到導(dǎo)帶CB）的轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致在價(jià)帶（Eq（1））中產(chǎn)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(yīng)，形成強(qiáng)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(yīng)并隨后將其礦化成二氧碳和水，在反應(yīng)過程中形成了一些中間產(chǎn)物（方程（5）和（6））。這些反應(yīng)以總結(jié)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(chǎn)物 → H2O + CO2(5)O2· + 污染物 → 中間產(chǎn)物 → H2O + CO2(6)

圖 1.3 BiVO4的兩種晶體結(jié)構(gòu)：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(xué)特性，可被作為光催化材料。BiOX 的晶體結(jié)構(gòu)由鹵素原子與[Bi2O2]層交織排列組成。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 法文君;王平;岳冰;楊風(fēng)嶺;李大鵬;鄭直;;Ag_3PO_4/Ag_2CO_3p n異質(zhì)結(jié)復(fù)合光催化劑的制備及增強(qiáng)的可見光催化性能（英文）[J];催化學(xué)報(bào);2015年12期

2 赫榮安;曹少文;周鵬;余家國(guó);;可見光鉍系光催化劑的研究進(jìn)展[J];催化學(xué)報(bào);2014年07期

本文編號(hào)：2791830