鉍系納米光催化劑的制備、表征及光催化性能研究.pdf

1、鉍系光催化劑具有良好的催化性能,它們在可見光區(qū)均存在明顯的吸收,這表明這些物質(zhì)均可以響應(yīng)可見光,因而具有可見光催化氧化處理有機(jī)污染物的能力。如何改善鉍系光催化劑的制備方法,開發(fā)它們的良好性能是目前迫切需要解決的問題。Bi2O3是一類新型的光催化劑,與TiO2相比報(bào)道的比較少。由于Bi2O3的禁帶寬度較窄(2.8eV),可以吸收可見光受激發(fā)產(chǎn)生光生電子和空穴,可以被用來降解有機(jī)污染物。鹵氧化鉍BiOX(X=F、Cl、Br、I)是一種新型的

2、半導(dǎo)體材料,它具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)、良好的光性能和催化性能。目前關(guān)于它的光催化應(yīng)用方面的報(bào)道較少,研究表明鹵氧化鉍BiOX的光催化活性普遍優(yōu)于商品TiO2(P25)的光催化活性,并且隨著鹵素原子序數(shù)的增加光催化活性也隨之增強(qiáng),即鉍氧化碘BiOI的活性最高。
　　 基于此,本文首次選用微波法合成了不同晶型的Bi2O3及BiOI光催化劑,并系統(tǒng)的研究了光催化劑的制備及其光催化降解有機(jī)污染物的能力,主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:
　

3、　 一、利用微波法的反應(yīng)速率快,效率高的特點(diǎn)合成前驅(qū)體微波產(chǎn)物,并利用X-射線衍射(XRD)、透射電鏡掃描(TEM)、紫外可見漫反射光譜(DRS)對產(chǎn)物進(jìn)行表征。XRD結(jié)果表明,通過不同溫度煅燒提高產(chǎn)物結(jié)晶度,合成了不同晶型納米級Bi2O3,煅燒溫度300℃是合成β—Bi2O3的適宜溫度,且隨著煅燒溫度的升高,更容易得到α-Bi2O3。TEM結(jié)果表明,熱處理后結(jié)晶度改善。DRS譜圖結(jié)果表明,α-Bi2O3帶隙值為2.84eV,β-Bi

4、2O3的帶隙值為2.77eV,因此β相能夠較好的利用可見光。以可見光下羅丹明B的降解為模型反應(yīng),研究了產(chǎn)物的光催化性能,證明β—Bi2O3的光催化活性比α-Bi2O3強(qiáng)。
　　 二、以Bi(NO3)3·5H2O和KI為主要原料,乙二醇與水為溶劑,在微波條件下合成由納米片組成的微球BiOI光催化劑,以羅丹明B為模型污染物,研究其光催化性能。運(yùn)用XRD、SEM、TEM、IR、DRS等技術(shù)對光催化劑的結(jié)構(gòu)、形貌和光學(xué)性能進(jìn)行研究,并與

5、其光催化活性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。首先將常溫合成法作為對照實(shí)驗(yàn),通過光催化性能測試證明微波產(chǎn)物性能高于常溫?cái)嚢璁a(chǎn)物。然后在不同溶劑體系中合成BiOI催化劑,選擇最佳溶劑體系,在以上基礎(chǔ)上分別對其中的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如反應(yīng)物摩爾配比、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)功率等進(jìn)行調(diào)整實(shí)驗(yàn),探索合成BiOI光催化劑的最佳條件以獲得最優(yōu)性能的催化劑,同時(shí)研究了光催化反應(yīng)的最佳用量。實(shí)驗(yàn)表明,微波合成BiOI較佳實(shí)驗(yàn)條件為,KI與Bi(NO3)3·5H2O的摩爾比為0.5:1,醇水配比