BiOCl基光催化復(fù)合材料的構(gòu)建與性能研究.pdf

1、在全球能源短缺和環(huán)境污染兩大問(wèn)題逐步加深的情況下，科學(xué)家們對(duì)光催化的研究逐步從基礎(chǔ)理論研究轉(zhuǎn)向光催化材料實(shí)際應(yīng)用研究，這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點(diǎn)就是構(gòu)建穩(wěn)定高效的光催化體系，其主要手段是拓寬光響應(yīng)范圍、降低光生電子空穴復(fù)合率。在眾多新型光催化劑的探索中，BiOCl因其具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)被廣泛運(yùn)用于光催化的研究中。然而，BiOCl是鹵氧化鉍體系中禁帶寬度較寬(～3.4eV)的半導(dǎo)體，通常只對(duì)紫外光部分有響應(yīng)，只能利用太陽(yáng)光中少量的能量。因此，本論文

2、研究采用半導(dǎo)體復(fù)合和金屬沉積兩種方法對(duì)BiOCl進(jìn)行改性，以擴(kuò)展其光響應(yīng)范圍，抑制光生載流子的復(fù)合，提升BiOCl在可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光催化能力。
　　首先，采用簡(jiǎn)單水熱法將BiVO4原位生長(zhǎng)在BiOCl微球表面，通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)液中V源的投放量，制備了不同含量的BiVO4/BiOCl復(fù)合物，通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)行XRD，SEM，XPS，UV-Vis等一系列表征，并以羅丹明B溶液為探針溶液測(cè)試了各樣品的可見(jiàn)光光催化性能，分析了BiVO4含量對(duì)Bi

3、VO4/BiOCl復(fù)合物晶相、形貌、光響應(yīng)范圍和可見(jiàn)光光催化性能的影響。研究表明，BiOCl不僅起到為BiVO4的生成提供Bi源實(shí)現(xiàn)其原位生長(zhǎng)的作用，而且能夠作為骨架形成特殊的BiVO4包裹BiOCl的微球結(jié)構(gòu);復(fù)合半導(dǎo)體中BiVO4的生成使復(fù)合物的光響應(yīng)范圍擴(kuò)展至可見(jiàn)光范圍內(nèi)，大幅提升了復(fù)合半導(dǎo)體的太陽(yáng)光利用率;兩種半導(dǎo)體通過(guò)復(fù)合在表面形成了半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，兩者費(fèi)米能帶的調(diào)節(jié)構(gòu)成了內(nèi)建電場(chǎng)，抑制了光生載流子的復(fù)合，提高了量子效率;相比于

4、單一的BiOCl和單斜BiVO4，制備的BiVO4/BiOCl復(fù)合半導(dǎo)體光催化劑在可見(jiàn)光照射下對(duì)羅丹明B溶液擁有更高的光催化降解活性，其中，30％BiVO4/BiOCl擁有最高光催化降解活性，在2h內(nèi)完全降解羅丹明B溶液。
　　另一方面，利用乙二醇溶劑熱反應(yīng)，在形成BiOCl微球的同時(shí)，將Bi3+還原成金屬單質(zhì)Bi，使其原位生長(zhǎng)在BiOCl表面。通過(guò)控制溶劑熱法的反應(yīng)時(shí)間，能夠調(diào)控Bi納米顆粒的尺寸和沉積量以及BiOCl的形貌，并

5、進(jìn)一步考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)Bi/BiOCl異質(zhì)結(jié)吸光特性和光催化性能的影響。研究表明，在反應(yīng)時(shí)間為12h和18h時(shí)，制備的復(fù)合物中BiOCl擁有納米片組成的3D微球結(jié)構(gòu);通過(guò)乙二醇的弱還原性，成功將金屬Bi原位生長(zhǎng)在BiOCl表面，并通過(guò)其表面等離子體共振效應(yīng)加強(qiáng)了Bi/BiOCl復(fù)合物在可見(jiàn)光范圍內(nèi)光吸收能力;金屬Bi負(fù)載的BiOCl通過(guò)異質(zhì)結(jié)將載流子分離，在一定程度提高了復(fù)合物在可見(jiàn)光下對(duì)羅丹明B溶液的降解活性，然而，如果制備反應(yīng)時(shí)間過(guò)