新型鉍系層狀氧化物的設(shè)計(jì)及其模擬太陽(yáng)光光催化行為研究.pdf

1、光催化氧化技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來(lái)且有望成為21世紀(jì)環(huán)境污染控制與治理的理想技術(shù)。作為環(huán)境凈化技術(shù)，光催化過(guò)程是通過(guò)化學(xué)氧化的方法，把有機(jī)污染物礦化分解為水、二氧化碳和無(wú)毒害的無(wú)機(jī)酸。光催化劑有可能直接利用太陽(yáng)光作為激發(fā)光源來(lái)驅(qū)動(dòng)氧化-還原反應(yīng)，從能源利用角度來(lái)講，這一特征使光催化技術(shù)更具有開(kāi)發(fā)潛力。TiO2光催化劑由于受到自身電子結(jié)構(gòu)的局限性，難以有效利用太陽(yáng)光。因此，本論文致力于設(shè)計(jì)新型非TiO2基高效光催化劑，采用水熱技術(shù)合成出一系

2、列鉍系層狀氧化物，并對(duì)其進(jìn)行表征；系統(tǒng)研究了不同合成條件對(duì)光催化材料晶型結(jié)構(gòu)與表面形貌的影響，考察了該系列復(fù)合光催化劑在模擬太陽(yáng)光輻射下的光催化性能及其對(duì)污染物的降解機(jī)理，具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1、形貌控制合成BiVO4及其光催化性能研究
　　 采用水熱方法，無(wú)需添加任何模板和表面活性劑，通過(guò)控制水熱時(shí)間、反應(yīng)體系的酸度和初始反應(yīng)物物質(zhì)的量的比等條件，可控合成了不同晶型(四方白鎢礦、四方鋯石礦和單斜白鎢礦)和形貌(片

3、狀、樹(shù)枝狀和花狀)的BiVO4。采用X-線粉末衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、拉曼光譜儀、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜儀和X-射線光電子能譜儀對(duì)BivO4的晶相結(jié)構(gòu)、形貌以及光吸收性質(zhì)等進(jìn)行了表征；通過(guò)對(duì)染料羅丹明B(RB)和亞甲基蘭(MB)在紫外及可見(jiàn)光下的降解評(píng)價(jià)其光催化活性。研究結(jié)果表明，在所有被測(cè)的樣品中，與具有四方白鎢礦和四方鋯石礦結(jié)構(gòu)的BiVO4相比，幾種不同形貌單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)的BiVO4在降解RB和MB時(shí)，均表現(xiàn)出較高的紫

4、外及可見(jiàn)光光催化活性，證明了晶相結(jié)構(gòu)是影響B(tài)iVO4光催化活性的主要因素；此外，這幾種不同形貌的BiVO4樣品在紫外光(λ>254 nm)下的催化活性相差不大，但在可見(jiàn)光(λ>420 nm)照射下催化活性各不相同，其中，具有花狀形貌的BivO4催化活性最高，說(shuō)明形貌也是影響光催化活性的重要因素。
　　 2、Bi5Nb3O15的制備及其光催化性能研究
　　 采用較為溫和的水熱方法，合成了以傳統(tǒng)的高溫固相法很難得到的亞穩(wěn)相B

5、i5Nb3O15。通過(guò)X-射線衍射儀、透射電鏡、掃描電子顯微鏡、紫外-可見(jiàn)漫反射光譜和X-射線光電子能譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征，系統(tǒng)研究了水熱時(shí)間，反應(yīng)體系的酸度和初始反應(yīng)物物質(zhì)的量的比等制備條件的變化對(duì)產(chǎn)物組成、晶相結(jié)構(gòu)以及粒子尺寸和光吸收性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明，在pH為9、nBi：nNb=1:0.7和保持200℃水熱反應(yīng)24 h后，可以得到粒子尺寸在100 nm左右及晶型較為完美的Bi5Nb3O15。在模擬太陽(yáng)光(λ>320 nm)照射下

6、降解染料甲基橙，2 h后降解基本完全；為了進(jìn)一步證明Bi5Nb3O15是自身具有優(yōu)異的可見(jiàn)光催化活性，而非來(lái)自染料的光敏化作用，本文考察了Bi5Nb3O15對(duì)在可見(jiàn)區(qū)無(wú)吸收的除草劑2，4-D的降解行為，結(jié)果表明，光照30 min后降解率即可達(dá)到90％。
　　 3、Ag摻雜Bi5Nb3O15的制備及其光催化性能研究
　　 采用光沉積法成功制備了高分散的及不同Ag擔(dān)載量(1～20％)的Ag/Bi5Nb3O15，研究了其對(duì)水溶

7、液中溴代阻燃劑四溴雙酚-A(TBBPA)的降解行為，考察了輻射光源的波長(zhǎng)和反應(yīng)體系的pH值對(duì)Ag/Bi5Nb3O15光催化降解TBBPA的影響，并與純Bi5Nb3O15及商用TiO2(Degussa P25)作了比較。研究結(jié)果表明，反應(yīng)體系為中性、Ag的擔(dān)載量為10％時(shí)，催化劑在模擬太陽(yáng)光(λ>320nm)輻射下光催化活性較高，尤其在λ>420 nm時(shí)仍具有明顯高于Bi5Nb3O15和Degussa P25在此波長(zhǎng)下的活性。這種優(yōu)異的光

8、催化活性一方面歸結(jié)為Bi5Nb3O15自身的層狀結(jié)構(gòu)，由于受到中間層[Bi2O2]2+正電荷的強(qiáng)烈吸引，使得鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的NbO6八面體結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變，這種特殊的層狀結(jié)構(gòu)能夠有效抑制電子與空穴的復(fù)合，從而提高光催化效率；另一方面，光沉積法可使Ag均勻沉積在Bi5Nb3O15的表面和層間，不易發(fā)生團(tuán)聚；均勻沉積的Ag具有強(qiáng)捕獲電子能力和表面等離子體共振，(SPR)效應(yīng)，可提高其光催化活性。此外，對(duì)Ag/Bi5Nb3O15的循環(huán)使用進(jìn)行了研究