非常規(guī)技術(shù)合成鉍系可見光催化劑及其性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化劑由于能將光能轉(zhuǎn)化為人類能夠利用的其它能源而被廣泛的應(yīng)用于解決能源和環(huán)境方面的問題。其中TiO2由于其無毒無害、穩(wěn)定性好、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注,但其較寬的禁帶寬度遏制了對太陽光的利用率,并且量子效率低。為了更好地開發(fā)可利用太陽光的光催化劑以解決實(shí)際問題,相對于其他針對TiO2改性的途徑,本文旨在開發(fā)具有可控能帶結(jié)構(gòu)以及可見光響應(yīng)的非TiO2光催化劑,以解決對可見光利用率低等問題。鉍系光催化劑由于其Bi6s和O2p軌道的

2、雜化提高了價(jià)帶的位置,從而減小了禁帶寬度,使得可見光即可激發(fā)從而應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。但是由于傳統(tǒng)的高溫制備方法使得鉍系催化劑的比表面積較小,穩(wěn)定性較差,從而影響了光催化活性和使用壽命。針對這一瓶頸問題,本論文采用新型非常規(guī)合成方法制備了具有特殊形貌結(jié)構(gòu)的鉍系可見光催化劑,獲得了結(jié)構(gòu)可控、比表面積較大的多種鉍系可見光催化劑,并結(jié)合結(jié)構(gòu)表征研究其構(gòu)效關(guān)系,為拓展光催化的研究領(lǐng)域提供了理論依據(jù)。本研究主要內(nèi)容如下：
　　 ⑴雙醇體系下醇

3、熱法制備花狀BiOBr可見光催化劑并應(yīng)用于有機(jī)污染物的降解。 雙醇體系中以CTAB為模板和溴源采用溶劑熱法合成了花狀結(jié)構(gòu)BiOBr可見光催化劑,大大提高了對光的吸收,從而提高了光催化活性和速率。通過對乙二醇和異丙醇比例的調(diào)變得到了可控的結(jié)構(gòu)形貌。通過改變反應(yīng)物的種類、濃度以及反應(yīng)條件等提出BiOBr的生長機(jī)理。CTAB能夠控制BiOBr生長成片,然后自組裝形成花球,乙二醇和異丙醇濃度的不同使得花球出現(xiàn)稀松和密集的不同。通過系統(tǒng)表征和對降

4、解羅丹明B(RhB)的活性評價(jià),證明當(dāng)溶液中乙二醇與異丙醇的量為5:35、Bi／Br比為2:1、醇熱時間為12 h時樣品的催化性能最好,可歸因于其高結(jié)晶度、較大的比表面積和由于多次反射產(chǎn)生的較強(qiáng)可見光吸收等。同時該方法制備的BiOBr催化劑顯示出優(yōu)于其他催化劑的催化活性。
　　 ⑵基于BiOBr的可見光催化與催化過氧化協(xié)同催化降解有機(jī)污染物。采用可見光／BiOBr／H2O2體系,研究了光催化與過氧化的協(xié)同作用機(jī)制。通過對有機(jī)染料

5、RhB溶液的降解,證明了光催化與過氧化的共同作用可大大加快降解速率。又通過對降解機(jī)理的考察驗(yàn)證,考察了活性物種的種類,初步得出反應(yīng)歷程。
　　 ⑶噴霧干燥法制備BiVO4和BiFeO3可見光催化劑。以多元醇為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑采用噴霧干燥法合成了BiVO4和BiFeO3可見光催化劑。通過改變醇類羥基的個數(shù)制備了不同形貌的BiVO4微米球,主要?dú)w因于溶液中Bi3+與羥基的絡(luò)合能力不同。而調(diào)變?nèi)芤褐懈视偷臐舛?可以得到不同殼層厚度的BiFe