基于鉍系半導(dǎo)體的新型光催化劑的設(shè)計(jì)、制備及其性能研究.pdf

1、自從人們發(fā)現(xiàn)氧化物半導(dǎo)體二氧化鈦具有光催化性能以來，越來越多的半導(dǎo)體被觀察到具有光催化性能，而且，光催化也成為一種研究半導(dǎo)體內(nèi)載流子行為的重要手段。
　　在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，鉍系半導(dǎo)體因?yàn)榭梢皂憫?yīng)可見光、抗光腐蝕能力強(qiáng)、對(duì)生物無毒、對(duì)環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛重視。然而，它們對(duì)可見光的利用率較低、電子空穴對(duì)復(fù)合率較高以及量子效率較低等缺點(diǎn)限制了在實(shí)際中的應(yīng)用。
　　本論文針對(duì)鉍系半導(dǎo)體材料作為光催化劑所存在的問題，以B

2、iVO4、Bi2WO6和Bi2O3為主要研究對(duì)象，通過材料復(fù)合和元素?fù)诫s等方法，試圖提高它們的可見光利用率和量子效率，降低載流子的復(fù)合率，并研究了載流子在其內(nèi)部的分離和輸運(yùn)機(jī)制。主要的研究內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：
　　1.通過簡單的溶劑熱法制備了病毒狀BiVO4/Bi2WO6復(fù)合物、純BiVO4和Bi2WO6納米顆粒，系統(tǒng)分析了BiVO4摩爾量對(duì)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BiVO4摩爾百分?jǐn)?shù)為50％的復(fù)合物呈現(xiàn)最優(yōu)

3、的光催化性能。可見光照射60 min后，溶液中羅丹明 B的分解率達(dá)到了91%。通過對(duì)BiVO4/Bi2WO6復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、紫外漫反射光譜以及光降解過程的分析我們發(fā)現(xiàn)，光致界面電荷轉(zhuǎn)移對(duì)光生載流子的分離和輸運(yùn)起到了關(guān)鍵作用，提高了對(duì)可見光的利用率，并在一定程度上降低了載流子的復(fù)合率，進(jìn)而改善了光催化性能。
　　2.采用成本低廉、環(huán)境友好的超聲分散方法制備了N摻雜Bi2O3/g-C3N4復(fù)合物，通過改變前驅(qū)物中g(shù)-C3N4的濃度，系統(tǒng)

4、分析了g-C3N4含量對(duì)復(fù)合物光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N摻雜Bi2O3被g-C3N4薄層包覆，當(dāng)g-C3N4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.7%時(shí)，復(fù)合物表現(xiàn)出最佳的光催化性能，溶液中的羅丹明B在可見光照射15 min后分解率達(dá)到了94.4%，分別是純g-C3N4的4.6倍和純Bi2O3的8.2倍。光催化性能的提高是由于復(fù)合物對(duì)可見光吸收的增強(qiáng)以及其中的Bi2O3納米顆粒與g-C3N4包覆層的協(xié)同效應(yīng)。
　　3.利用簡單的水熱法一步合成

5、了球狀Bi2O3/a-Fe2O3復(fù)合物。通過改變前驅(qū)物中硝酸鐵的濃度，系統(tǒng)地分析了a-Fe2O3的含量對(duì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Bi2O3/a-Fe2O3復(fù)合物是納米顆粒構(gòu)成的介孔球，其光催化性能相對(duì)于純Bi2O3和純a-Fe2O3有很大的提升。當(dāng)a-Fe2O3的摩爾百分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，Bi2O3/a-Fe2O3復(fù)合物的光催化性能最佳，溶液中的羅丹明 B在可見光照射60 min后分解率超過了95%。光催化性能的改善一方