幾種鉍系可見(jiàn)光光催化材料的固相化學(xué)合成及性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化技術(shù)是一種解決能源問(wèn)題和治理環(huán)境污染的綠色技術(shù)。目前研究較多的是TiO2系光催化材料，但TiO2僅對(duì)紫外光響應(yīng)，對(duì)太陽(yáng)光的利用率不高。為了充分利用太陽(yáng)光，探究非 TiO2系的具有可見(jiàn)光響應(yīng)的光催化材料成為光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鉍系光催化材料由于具有合適的禁帶寬度，能在可見(jiàn)光下呈現(xiàn)優(yōu)異的光催化性能而備受關(guān)注?，F(xiàn)有的合成鉍系光催化材料的方法大多使用溶劑，過(guò)程復(fù)雜或條件苛刻。本論文采用簡(jiǎn)單的、無(wú)溶劑的固相化學(xué)反應(yīng)合成合成了幾種具有

2、可見(jiàn)光響應(yīng)的鉍系光催化材料，并以甲基橙、亞甲基藍(lán)和羅丹明B為模擬污染物，研究了這些材料在可見(jiàn)光下的光催化降解性能，討論了材料的形貌、禁帶寬度對(duì)光催化性能的影響，探究了這些材料光催化降解模擬污染物過(guò)程中的主要活性物種。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)通過(guò)硝酸鉍與草酸在室溫下進(jìn)行固相化學(xué)反應(yīng)生成前驅(qū)體，然后將前驅(qū)體煅燒合成了不規(guī)則形貌的介穩(wěn)態(tài)四方相β-Bi2O3，將合成的樣品在可見(jiàn)光下分別降解甲基橙、亞甲基藍(lán)和羅丹明 B三種模擬污染物，

3、光照兩小時(shí)后對(duì)它們的降解率分別為75.7％、20.3%和10.9%。通過(guò)在上述反應(yīng)體系中加入表面活性劑來(lái)改變固相化學(xué)反應(yīng)的微環(huán)境合成了棒狀的β-Bi2O3，以甲基橙為模擬污染物，在相同的條件下，研究了棒狀?-Bi2O3的降解性能，可見(jiàn)光下光照兩小時(shí)后降解率可達(dá)86.4%，光催化效率好于不規(guī)則形貌的β-Bi2O3。通過(guò)活性自由基的捕捉實(shí)驗(yàn)測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)羥基自由基在光催化反應(yīng)過(guò)程中并沒(méi)有起到主導(dǎo)作用，氧負(fù)自由基才是促進(jìn)有機(jī)污染物降解的主要活

4、性基團(tuán)。
　　(2)為了進(jìn)一步提高純相β-Bi2O3的光催化性能，我們對(duì)本文中合成的棒狀β-Bi2O3進(jìn)行了氟摻雜的改性研究。摻入適量氟后，棒狀β-Bi2O3樣品的光催化性能有了很大的改善，在可見(jiàn)光下光照兩小時(shí)后對(duì)高濃度甲基橙的降解率可達(dá)82.3%，約是未摻雜樣品的2倍。模特-肖特基測(cè)試發(fā)現(xiàn)氟的摻入不僅促進(jìn)了光生電子-空穴的分離，而且提高了價(jià)帶空穴的氧化能力，致使該β-Bi2O3棒狀結(jié)構(gòu)的光催化活性提高?；钚宰杂苫蹲綄?shí)驗(yàn)表明光生

5、空穴是促進(jìn)有機(jī)污染物降解的主要活性基團(tuán)。
　　(3)通過(guò)硝酸鉍與偏釩酸鈉、鎢酸鈉分別先進(jìn)行固相化學(xué)反應(yīng)得到前驅(qū)體，再將前驅(qū)體在不同溫度熱處理制備了不同形貌的BiVO4、Bi2WO6材料，在可見(jiàn)光下對(duì)亞甲基藍(lán)都有較好的降解。不同形貌的BiVO4樣品對(duì)亞甲基藍(lán)的降解率均在86.7%以上，其中米粒狀結(jié)構(gòu)的樣品光催化性能最好，在可見(jiàn)光下光照兩小時(shí)后降解率可達(dá)96.1%，這是因?yàn)槊琢畹腂iVO4尺寸最小，有利于光生空穴和電子和有效分離，從