BiOI光催化劑的穩(wěn)定性及BiOBr(Cl)的性能強化研究.pdf

1、半導體光催化技術在去除環(huán)境中污染物和能源轉換方面有很大應用潛力，是當今環(huán)境、能源和材料等領域的研究熱點。在尋覓成本低廉、高效的可見光催化材料的道路上，三元化合物BiOX(X=Cl，Br，I)半導體光催化劑以其獨特的層狀結構和優(yōu)良的光催化性能引起了科研工作者的興趣，進行了大量研究并取得了一定程度的進展。然而，實際大規(guī)模生產應用于處理水中有機污染物時，催化劑在水相中的穩(wěn)定性是在經濟與技術性上決定其能否實現的關鍵因素?？偨Y過去的研究可以看出，

2、BiOCl和BiOBr在降解水中有機物時均保持較高的光催化能力和重復性，但是 BiOI在可見光下雖然表現出良好的光催化性能，其在水相中的穩(wěn)定性卻不盡如人意。
　　本論文首先圍繞 BiOI重復利用差這一現象展開了系統(tǒng)研究，以便對BiOI更好的發(fā)展提供指導意義。另外，針對BiOBr對太陽光利用率不高，只能吸收部分可見光，且光生電子-空穴對復合率高等問題，我們構筑了帶隙適配太陽光譜并可同時利用紫外、可見光的復合光催化劑體系。最后，雖然

3、BiOCl價帶和導帶具有較高的氧化和還原能力，但其帶隙值相對較寬，光譜響應范圍窄以及光生電子和空穴易復合，導致有效光生載流子數量較少，最終影響其光催化活性。通過使其與帶隙相匹配的半導體復合來提高光生電子和空穴的分離效率，從而提高BiOCl的光催化性能。
　　全文主要研究結果如下：
　　1、BiOI光催化劑在水相中的穩(wěn)定性研究。
　　采用水解法制備出帶隙能為1.82 eV的窄帶隙四方晶型、片狀結構BiOI光催化劑，但循環(huán)

4、使用三次后其對甲基橙(MO)的降解率下降了33％。通過考察催化劑使用前后組成的變化、反應過程液、固相組成的變化、光照對粉體催化劑元素組成的影響等。結果發(fā)現，在光催化降解過程中BiOI表面和晶格中的 I?會游離到水相中，導致 BiOI晶體結構發(fā)生改變。當向含有BiOI的水中加入Cl?、Br?或CO32?時，相應的就會有純BiOCl、BiOBr或Bi2O2CO3生成，這說明BiOI中的I已完全被取代，進一步證明了BiOI在水相體系中不穩(wěn)定。

5、
　　2、BiOBr光催化劑的改性研究。
　　(1)CQDs的上轉換熒光作用對BiOBr可見光催化性能及穩(wěn)定性影響。
　　采用一種尺寸小于10 nm的非金屬碳材料-碳量子點(CQDs)與BiOBr耦合形成CQDs/BiOBr復合光催化劑，拓寬了BiOBr對可見光的響應范圍，另外，CQDs的上轉換熒光功能，通過把長波長(500-1100 nm)低能量的光轉換成短波長(350-600 nm)高能量的光，進而這些高能量的光(

6、波長小于430 nm)可以激發(fā)BiOBr，從而促使BiOBr產生更多光生電子，這將有利于表面氧空位活化更多的O2進而生成更多超氧負離子(·O2?)；此外，CQDs上轉換熒光的紫外光部分則可以補充 BiOBr表面氧空位的數量，保持了BiOBr可見光催化活性的持續(xù)穩(wěn)定性。
　　(2)BiOBr/ZnO復合光催化劑的制備及催化性能研究。
　　采用溶劑熱法一步合成出具有p-n結的BiOBr/ZnO復合光催化劑。通過在模擬太陽光下對苯

7、酚的降解測試，結果表明 BiOBr/ZnO復合光催化劑比BiOBr和ZnO單體均表現出較高光催化活性，考察Br源對BiOBr/ZnO光催化性能的影響時發(fā)現當CTAB與KBr摩爾比為1:1，即15% BZ樣品具有最高的光催化效率，這可能是由于其擁有較大的比表面積，提供了更多活性位。另一方面源于 BiOBr和 ZnO之間形成的 p-n型異質結，BiOBr/ZnO復合光催化劑中光生載流子在異質結形成的內建電場中產生定向移動，從而達到電子和空穴

8、有效分離的目的。
　　(3)BiPO4/BiOBr復合光催化劑的制備及催化性能研究。
　　采用一種溫和的溶劑熱法一步合成BiPO4/BiOBr復合光催化劑，從固體熒光光譜和瞬態(tài)光電流數據分析結果可以得到，40% BiPO4/BiOBr復合光催化劑比BiPO4和BiOBr單體有明顯增強的光電流響應，這主要歸因于BiPO4/BiOBr復合光催化劑中異質結的形成提高了光生電子-空穴對的分離效率，增加了載流子壽命，進而增強了催化劑的

9、光催化性能。
　　3、BiOCl光催化劑的改性研究。
　　(1)R-TiO2/BiOCl復合光催化劑的制備及催化性能研究。
　　在低溫(50℃)下采用一步水解法合成 R-TiO2/BiOCl光催化劑。通過XRD、XPS、SEM、TEM、DRS、FT-IR和BET等分析了樣品的晶體結構、表面形態(tài)、光學性質、比表面積以及電子形態(tài)。光催化機理實驗揭示了在光催化過程中，空穴和羥基自由基起著極其重要的作用，電子也發(fā)揮重要作用。熒

10、光發(fā)射光譜結果顯示合適比例的R-TiO2/BiOCl具有最佳的電子-空穴對分離效率。另外，R-TiO2比BiOCl具有相對較窄帶隙能(2.9 eV)，可吸收部分可見光，從而R-TiO2/BiOCl表現出最高的光催化性能。
　　(2)BiPO4/BiOCl復合光催化劑的制備及催化性能研究。
　　我們使n型半導體BiPO4與p型半導體BiOCl耦合，當兩種半導體緊密接觸后會形成一種內建電場，這種電場有利于光生電子和空穴的定向移動