鉍基復(fù)合光催化劑的合成及機理研究.pdf

1、社會發(fā)展所帶來的環(huán)境安全問題成為全球面臨的最大挑戰(zhàn)之一。在我國，環(huán)境安全問題已經(jīng)引起政府和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，為此，國家環(huán)境保護總局于2003年開始開展了“國家環(huán)境安全戰(zhàn)略研究”。在諸多環(huán)境問題中又以水安全對人類生產(chǎn)生活影響最大。半導(dǎo)體光催化技術(shù)能夠利用豐富的太陽能來降解水中有機污染物，而且綠色環(huán)保，這對解決水體安全危機有非常重要的意義。TiO2是迄今為止研究最廣泛的半導(dǎo)體光催化劑。然而，以TiO2為代表的部分半導(dǎo)體由于帶隙較寬、光生載流

2、子容易復(fù)合等缺陷而難以被廣泛應(yīng)用。為使光催化技術(shù)進一步走向?qū)嵱没_發(fā)具有可見光響應(yīng)的高效光催化劑已是必然趨勢。近年來，鉍系半導(dǎo)體由于其獨特的能帶結(jié)構(gòu)而能吸收可見光，且具有高的光催化降解活性，因而越來越受到人們的關(guān)注?；诖?，本文主要通過對BiOX和Bi2O3兩種鉍系半導(dǎo)體進行晶面暴露、摻雜和復(fù)合等手段來促進其光催化過程中載流子的有效分離和遷移，進而實現(xiàn)可見光高效催化降解污染物。所采用的合成工藝包括化學(xué)共沉淀法、共沉淀結(jié)合熱處理法、溶液

3、浸漬法，并以羅丹明B(RhB)模擬有機廢水來表征合成產(chǎn)物的光催化降解活性。論文主要研究成果如下：
　　通過添加PVP以共沉淀法在常溫常壓下制備了暴露（110）晶面的微球BiOX/PVP（X=Cl,Br,I）光催化劑，并從PVP分子結(jié)構(gòu)和BiOX晶體結(jié)構(gòu)兩方面對（110）晶面暴露的形成機理進行了分析。光催化降解實驗表明，BiOX/PVP在可見光和太陽光下均表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化活性，此外還具有良好的穩(wěn)定性。光催化活性提高的主要原因是：B

4、iOX/PVP可以吸附更多的染料、在 BiOX表面的 PVP分子加速了染料間接敏化過程中激發(fā)電子的傳遞以及暴露的（110）晶面有利于空穴的傳導(dǎo)降低了光生電子空穴對的復(fù)合。
　　對BiOI進行熱處理（500℃，2h）得到了多孔Bi5O7I納米片，納米片片層厚約30-50nm，孔徑主要分布于18-30nm之間，分析多孔的形成是因為BiOI在熱處理過程中脫出了I2。在模擬太陽光下降解RhB的測試結(jié)果表明，多孔Bi5O7I光催化性能明顯高

5、于 BiOI，分析其原因主要有兩個，一是多孔結(jié)構(gòu)的存在有效的降低了光生載流子的復(fù)合，二是Bi5O7I具有比BiOI更高的價帶，從而有更高的氧化電勢，產(chǎn)生了足夠的·OH。
　　以BiOCl作為主催化劑，研究不同含量NiO的復(fù)合對BiOCl光催化降解RhB活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NiO負載量為4％時，復(fù)合光催化劑表現(xiàn)出最好的催化活性，相對于純BiOCl催化活性提高了1.86倍，這是由于p型半導(dǎo)體NiO與p型BiOCl形成了p-p異質(zhì)結(jié)

6、，從而提高了光催化活性。此外，以稀土金屬元素鏑（Dy）對BiOCl進行了摻雜改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Dy3+取代一部分Bi3+摻雜進入BiOCl晶格中，引起了帶隙寬度的改變，主要是由于稀土金屬元素特殊的4f電子層具有光活性電子而改變了BiOCl的帶隙寬度。
　　以β-Bi2O3為主體催化劑通過溶液浸漬法制備了不同含量還原氧化石墨烯（rGO）負載的β-Bi2O3二元復(fù)合光催化劑?？梢姽鉁y試表明，1%的 rGO負載量表現(xiàn)出了最高的光催化活性，其

7、降解染料的效率是純β-Bi2O3的3倍。此外引入磁性基材 SrFe12O19制備了二元磁性復(fù)合光催化劑β-Bi2O3/SrFe12O19以及三元復(fù)合磁性光催化劑rGO/β-Bi2O3/SrFe12O19?？梢姽饨到鈱嶒灠l(fā)現(xiàn)，SrFe12O19和 rGO負載均能有效提高β-Bi2O3的光催化活性，特別是rGO負載的三元催化劑表現(xiàn)出了優(yōu)異的光催化降解RhB活性，與此同時催化劑還具有優(yōu)異的磁性能，使用外加磁體進行回收再利用，重復(fù)使用4次后對R