新型半導體材料BiOBr的改性制備及其光催化性能研究.pdf

1、BiOX(X=Cl、Br、I)是一種新型的具有層狀正方氟氯鉛礦(PbFCl)結構的高活性半導體光催化材料，表現(xiàn)出很多優(yōu)異的性能:光催化活性高、結構穩(wěn)定、原料易得、制備方法簡單、環(huán)境毒性小、可吸收太陽光等，其特殊的鉍氧層與鹵原子之間的內在電場結構能夠有效促進電子-空穴對的分離，因此，近年來引起人們的廣泛而深入的研究。由于BiOCl禁帶寬度大，只對紫外光（太陽光中含量低于4％）有響應，太陽光利用率低;雖然BiOI可以被可見光激發(fā)，但是其光穩(wěn)

2、定性較差。BiOBr的禁帶寬度在2.64-2.91 eV之間，在近紫外和可見光光區(qū)都有吸收，具有潛在的實際應用價值，如何通過改善BiOBr的組成、結構來進一步提高其太陽光利用率、光催化性能，是目前研究的重點。
　　本文以水解法為基礎，采用光還原法和以檸檬酸為輔助劑改進的光還原法分別制得了貴金屬Ag負載型Ag/BiOBr和Ag/BiOBr0.5Cl0.5光催化劑。采用X-射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線能譜分析

3、(EDS)、X-射線光電子能譜(XPS)及紫外-可見漫反射光譜(UV-Vis DRS)等手段對合成的光催化劑的性質和形貌進行了表征，并以模擬太陽光、可見光為光源，以甲基橙、羅丹明B、苯酚為模型被降解有機污染物，考察了催化劑的光催化活性、循環(huán)使用性、光催化活性物種，探討了光催化機理等，主要研究結果如下:
　　(1)所制得的Ag/BiOBr納米顆粒由直徑約為20 nm的納米片堆積而成，且結晶度好、純度高、呈四方晶形。表面沉積的金屬Ag

4、經(jīng)檢測以金屬態(tài)存在;且沉積Ag后，對樣品的形貌無明顯影響，但樣品的可見光吸收增強，在480 nm處出現(xiàn)金屬Ag納米粒子的等離子體共振吸收峰。此外用檸檬酸輔助改進光還原法制得的樣品的可見光吸收強度比用光還原法略高。
　　(2)通過光催化降解實驗考察制備條件對Ag/BiOBr-2光催化活性的影響，得出Ag/BiOBr-2的最佳制備條件為:載銀量為2wt％，光還原時間為45 min，光還原反應溶液的pH值為3;在此條件下制得的Ag/Bi

5、OBr-2光催化劑具有很高的光催化活性及穩(wěn)定性。捕獲劑實驗結果進一步表明Ag/BiOBr-2光催化氧化過程中的反應活性物種主要是空穴(h+)和超氧自由基(·O2-)。
　　(3)將貴金屬Ag用上述方法沉積到BiOBr0.5Cl0.5復合催化劑上，表征結果顯示這種催化劑具有很高的純度與結晶度，由Bi、O、Br、Cl、Ag組成，表面沉積的金屬Ag經(jīng)檢測以金屬態(tài)存在;且沉積Ag后，對樣品的形貌無明顯影響，但樣品的可見光吸收增強，在500

6、 nm附近出現(xiàn)顯著的金屬Ag納米粒子的等離子體共振吸收。此外，用檸檬酸輔助改進光還原法制得的樣品的可見光吸收強度比用光還原法略高。
　　(4)所制得的沉積量為1wt％的Ag/BiOBr0.5Cl0.5納米催化劑在可見光下表現(xiàn)出較高的光催化降解甲基橙、羅丹明B活性和穩(wěn)定性，在模擬太陽光下具有優(yōu)異的降解苯酚性能，說明此催化劑不具有選擇性。捕獲劑實驗結果進一步表明Ag/BiOBr0.5Cl0.5光催化氧化過程中的反應活性物種主要是空穴(

7、h+)和超氧自由基(·O2-)。
　　(5)根據(jù)實驗結果與表征分析，推測了光催化機理，我們推測了光催化機理，半導體表面金屬態(tài)的Ag納米粒子可以作為電子陷阱俘獲光生電子，促進半導體材料(BiOBr、BiOBr0.5Cl0.5)上光生電子-空穴對的分離;而且，金屬Ag與半導體材料界面之間形成的肖特基勢壘，也會延長光生載流子的壽命;此外，貴金屬Ag的等離子體共振吸收有利于增強催化劑的入射光利用率，進一步提高光催化活性。
　　以上研