Ti 3 C 2 T x 修飾BiOX（X=Cl,Br）的合成及光催化性能的研究
發(fā)布時間：2021-02-02 02:42
近幾十年來,全球經(jīng)濟得到快速發(fā)展,但能源的短缺與環(huán)境污染問題層出不窮,日漸影響經(jīng)濟的進一步發(fā)展,科研人員針對這些問題全力研究開發(fā)新能源和環(huán)境修復的新技術。光催化技術的出現(xiàn)為解決能源危機與環(huán)境治理帶來了曙光。光催化技術的基點是半導體材料,單相的半導體材料內部的光生載流子復合嚴重,產生的光生載流子不能有效的遷移至材料的表面,導致光催化性能降低。貴金屬、石墨烯等作為助催化材料,可以改善光催化材料的載流子復合幾率,但是這些助催化材料的成本相對較高,因此亟待開發(fā)成本低、綠色高效的助催化材料。二維過渡金屬碳或氮化物（MXene）具有較高載流子遷移率,調控表面的官能團可以改善MXene的導電性,合適的費米能級導致MXene成為優(yōu)異的電子接受體。本文以Ti3C2Tx（MXene）作為助催化材料,探索對光催化材料的修飾。具體內容如下:（1）靜電自組裝法制備BiOCl/Ti3C2Tx復合材料,并研究電子轉移及光降解對硝基苯酚（PNP）的特性。調控BiOCl表面的電荷分布,通過...
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
光催化機理示意圖
稍亓髯憂ㄒ坡實偷?缺點和挑戰(zhàn)仍有待克服，直接導致g-C3N4光催化效率和穩(wěn)定性的不理想[20]。在過去的十年中，鉍基光催化劑由于其合適的帶隙而被認為是優(yōu)良的可見光半導體材料�？紤]到Bi3+的穩(wěn)定性，大多數(shù)研究都集中在含Bi3+的化合物上，形成了龐大的鉍基光催化劑家族，包括Sillén結構的BiOX（X=Cl、Br、I），Aurivillius結構的Bi2MO6（M=Mo、W）以及Scheelite結構的BiVO4、Bi2S3、BiYO3和BiOIO3等，這些化合物主要表現(xiàn)出層狀結構并具有板狀形貌[21]。鹵氧化鉍（BiOX，X=Cl、Br、I）被證明是一類高效的無機半導體材料，如圖1-2所示，其以[Bi2O2]2+層與雙層鹵素原子交錯排列形成石墨層結構，而構成的開放晶體結構保證了內部靜態(tài)電場的存在以及間接的光學躍遷，從而減少了激發(fā)電子和空穴的復合[22]。Aurivillius結構的Bi2MO6（M=Mo、W）由于具有較低的溶解性，因而穩(wěn)定性較好。Bi2MO6的層狀結構由[Bi2O2]2+層和W/MoO6八面體組成，構成的層狀結構導致Bi2MO6具有出色的物理和化學特性因而受到了特別的關注，并且材料的無毒性與可見光響應更在光催化降解領域引起了巨大的研究興趣[23]。圖1-2（a）BiOX的晶胞，（b）BiOX的晶體結構圖Figure1-2(a)Unitcell,(b)SupercellstructureofBiOX值得注意的是，光催化過程中單組分的光催化材料產生的部分光生電荷載流子遷移至材料的表面，大部分電荷載流子會直接在光催化劑表面或材料內部與空穴相互結合，通過這種方式造成能量以熱和光的形式丟失，因此這些電荷不能進一步參與光催化過程，從而抑制了光催化劑的效率[24]。光催化雖然是一種高效的過程，但它存在電荷載流子快速復合和低光吸收區(qū)等缺點，阻礙了其在實際領域
喜牧�。结�?礱鰨?哂幸熘式峁溝腂i2O3/Bi2MoO6納米復合材料在可見光照射下對羅丹明B（RhB）和2，4-二硝基酚（DNP）的降解比單一組分（Bi2O3或Bi2MoO6）具有更強的催化活性。如圖1-4，光催化性能的提高歸因于p型Bi2O3和n型Bi2MoO6的界面形成了p-n結，Bi2O3具有較窄的帶隙很容易被激發(fā)，并產生光生電子和空穴，Bi2O3導帶中的電子可以通過p-n結輕松遷移到的Bi2MoO6的導帶，而產生的空穴保留在Bi2O3的價帶。此外，Bi2O3/Bi2MoO6內部存在的電場增加了光生電子和空穴的遷移，促進了有機污染物的光催化降解與礦化效率[50]。圖1-4Bi2O3和Bi2MoO6能帶（左）和Bi2O3/Bi2MoO6復合材料中電荷分離示意圖（右）Figure1-4SchematicdiagramsfortheenergybandofBi2O3andBi2MoO6（theleft）andthechargeseparationinBi2O3/Bi2MoO6composites（theright）1.3二維MXene材料的研究現(xiàn)狀1.3.1二維MXene材料的概述隨著科學領域的不斷發(fā)展，二維（2D）材料憑借獨特的結構與性能表現(xiàn)出越來越重要的地位，例如廣為人知的石墨烯、硅烯、過渡金屬硫化物及金屬氧化物等二維材料被賦予了前所未有的光學、電學、光學及化學性能。二維材料可以將電子束縛在超薄的區(qū)域，為材料賦予優(yōu)異的電子性能，材料平面存在的較強共價鍵讓材料表現(xiàn)出卓越的力學性能與光學性能[51]。不僅如此，二維材料還存在較大比表面積以及可調控的厚度，在各個領域表現(xiàn)誘人的前景并引領著跨學科領域的廣泛關注與研究熱點。在2011年，一種新型二維過渡金屬碳化物或氮化物（MXene）問世，這是由美國德雷克賽大學的Gogotsi教授團隊將三元MAX相陶瓷（通式為Mn+1AXn，其中n=1-3，M為過渡金屬，如Ti、Nb、Ta、V、Mo等，A為IIIA或IVA族元素，如Al、Si、S、P等，X為C、N）經(jīng)過液相刻?
本文編號：3013897
【文章來源】：西南科技大學四川省
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
光催化機理示意圖
稍亓髯憂ㄒ坡實偷?缺點和挑戰(zhàn)仍有待克服，直接導致g-C3N4光催化效率和穩(wěn)定性的不理想[20]。在過去的十年中，鉍基光催化劑由于其合適的帶隙而被認為是優(yōu)良的可見光半導體材料�？紤]到Bi3+的穩(wěn)定性，大多數(shù)研究都集中在含Bi3+的化合物上，形成了龐大的鉍基光催化劑家族，包括Sillén結構的BiOX（X=Cl、Br、I），Aurivillius結構的Bi2MO6（M=Mo、W）以及Scheelite結構的BiVO4、Bi2S3、BiYO3和BiOIO3等，這些化合物主要表現(xiàn)出層狀結構并具有板狀形貌[21]。鹵氧化鉍（BiOX，X=Cl、Br、I）被證明是一類高效的無機半導體材料，如圖1-2所示，其以[Bi2O2]2+層與雙層鹵素原子交錯排列形成石墨層結構，而構成的開放晶體結構保證了內部靜態(tài)電場的存在以及間接的光學躍遷，從而減少了激發(fā)電子和空穴的復合[22]。Aurivillius結構的Bi2MO6（M=Mo、W）由于具有較低的溶解性，因而穩(wěn)定性較好。Bi2MO6的層狀結構由[Bi2O2]2+層和W/MoO6八面體組成，構成的層狀結構導致Bi2MO6具有出色的物理和化學特性因而受到了特別的關注，并且材料的無毒性與可見光響應更在光催化降解領域引起了巨大的研究興趣[23]。圖1-2（a）BiOX的晶胞，（b）BiOX的晶體結構圖Figure1-2(a)Unitcell,(b)SupercellstructureofBiOX值得注意的是，光催化過程中單組分的光催化材料產生的部分光生電荷載流子遷移至材料的表面，大部分電荷載流子會直接在光催化劑表面或材料內部與空穴相互結合，通過這種方式造成能量以熱和光的形式丟失，因此這些電荷不能進一步參與光催化過程，從而抑制了光催化劑的效率[24]。光催化雖然是一種高效的過程，但它存在電荷載流子快速復合和低光吸收區(qū)等缺點，阻礙了其在實際領域
喜牧�。结�?礱鰨?哂幸熘式峁溝腂i2O3/Bi2MoO6納米復合材料在可見光照射下對羅丹明B（RhB）和2，4-二硝基酚（DNP）的降解比單一組分（Bi2O3或Bi2MoO6）具有更強的催化活性。如圖1-4，光催化性能的提高歸因于p型Bi2O3和n型Bi2MoO6的界面形成了p-n結，Bi2O3具有較窄的帶隙很容易被激發(fā)，并產生光生電子和空穴，Bi2O3導帶中的電子可以通過p-n結輕松遷移到的Bi2MoO6的導帶，而產生的空穴保留在Bi2O3的價帶。此外，Bi2O3/Bi2MoO6內部存在的電場增加了光生電子和空穴的遷移，促進了有機污染物的光催化降解與礦化效率[50]。圖1-4Bi2O3和Bi2MoO6能帶（左）和Bi2O3/Bi2MoO6復合材料中電荷分離示意圖（右）Figure1-4SchematicdiagramsfortheenergybandofBi2O3andBi2MoO6（theleft）andthechargeseparationinBi2O3/Bi2MoO6composites（theright）1.3二維MXene材料的研究現(xiàn)狀1.3.1二維MXene材料的概述隨著科學領域的不斷發(fā)展，二維（2D）材料憑借獨特的結構與性能表現(xiàn)出越來越重要的地位，例如廣為人知的石墨烯、硅烯、過渡金屬硫化物及金屬氧化物等二維材料被賦予了前所未有的光學、電學、光學及化學性能。二維材料可以將電子束縛在超薄的區(qū)域，為材料賦予優(yōu)異的電子性能，材料平面存在的較強共價鍵讓材料表現(xiàn)出卓越的力學性能與光學性能[51]。不僅如此，二維材料還存在較大比表面積以及可調控的厚度，在各個領域表現(xiàn)誘人的前景并引領著跨學科領域的廣泛關注與研究熱點。在2011年，一種新型二維過渡金屬碳化物或氮化物（MXene）問世，這是由美國德雷克賽大學的Gogotsi教授團隊將三元MAX相陶瓷（通式為Mn+1AXn，其中n=1-3，M為過渡金屬，如Ti、Nb、Ta、V、Mo等，A為IIIA或IVA族元素，如Al、Si、S、P等，X為C、N）經(jīng)過液相刻?
本文編號：3013897
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/huaxue/3013897.html
教材專著
