新型鉍系層狀氧化物的設(shè)計及其模擬太陽光光催化行為研究.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)，光催化過程是通過化學(xué)氧化的方法，把有機污染物礦化分解為水、二氧化碳和無毒害的無機酸。光催化劑有可能直接利用太陽光作為激發(fā)光源來驅(qū)動氧化-還原反應(yīng)，從能源利用角度來講，這一特征使光催化技術(shù)更具有開發(fā)潛力。TiO2光催化劑由于受到自身電子結(jié)構(gòu)的局限性，難以有效利用太陽光。因此，本論文致力于設(shè)計新型非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，并對其進(jìn)行表征；系統(tǒng)研究了不同合成條件對光催化材料晶型結(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光輻射下的光催化性能及其對污染物的降解機理，具體研究內(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，無需添加任何模板和表面活性劑，通過控制水熱時間、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-可見漫反射光譜儀和X-射線光電子能譜儀對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；通過對染料羅丹明B(RB)和亞甲基蘭(MB)在紫外及可見光下的降解評價其光催化活性。研究結(jié)果表明，在所有被測的樣品中，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，均表現(xiàn)出較高的紫

4、外及可見光光催化活性，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X-射線衍射儀、透射電鏡、掃描電子顯微鏡、紫外-可見漫反射光譜和X-射線光電子能譜對產(chǎn)物進(jìn)行表征，系統(tǒng)研究了水熱時間，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)異的可見光催化活性，而非來自染料的光敏化作用，本文考察了Bi5Nb3O15對在可見區(qū)無吸收的除草劑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和反應(yīng)體系的pH值對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，催化劑在模擬太陽光(λ>320nm)輻射下光催化活性較高，尤其在λ>420 nm時仍具有明顯高于Bi5Nb3O15和Degussa P25在此波長下的活性。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)生團聚；均勻沉積的Ag具有強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Ag/Bi5Nb3O15的循環(huán)使用進(jìn)行了研究