新型Bi基異質(zhì)結(jié)納米催化材料的制備與催化性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)化和城市化的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)化石燃料如煤、石油和天然氣等的巨大消耗對(duì)能源和環(huán)境造成巨大的壓力，因此開(kāi)發(fā)新能源和解決環(huán)境污染已成為當(dāng)今科學(xué)研究的重點(diǎn)。太陽(yáng)能作為一種可再生、綠色清潔能源，在解決能源和環(huán)境問(wèn)題中極具應(yīng)用潛力。利用光催化技術(shù)可將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能和電能，能夠?qū)h(huán)境有機(jī)污染物催化降解，還可以將污染水資源的重金屬離子催化還原為無(wú)毒金屬離子，因此光催化技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)前綜合利用太陽(yáng)能最為有效的途徑之一。光催化技術(shù)的核心是光催化劑

2、，而無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化劑又是一類(lèi)非常重要的光催化劑。這其中，鉍基半導(dǎo)體光催化材料如鹵氧鉍作為一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體光催化劑，近年來(lái)引起人們的廣泛關(guān)注。作為鹵氧鉍光催化劑中最為重要的一種，BiOCl具有獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，由[Bi2O2]2+層和雙Cl-層交替組成，其結(jié)構(gòu)、尺寸、形貌和表面特性對(duì)其光催化性能具有重要影響。然而，BiOCl光催化劑的禁帶寬度為3.5 eV，在紫外光照下具有優(yōu)異的光催化活性，而在可見(jiàn)光照下的光催化活性卻不盡如人意。

3、因此，如何提高BiOCl在可見(jiàn)光照下的光催化活性是新型鹵氧鉍光催化劑的發(fā)展方向。
　　本文第一部分首先制備了具有框架結(jié)構(gòu)的Bi-MOFs，并以其為前驅(qū)體，采用H2還原的方法制備了表面均勻分散有Bi單質(zhì)納米粒子的Bi/Bi-MOFs納米結(jié)構(gòu)，通過(guò)將Bi/Bi-MOFs與FeCl3溶液反應(yīng)生成BiOCl納米片，得到了嫁接于Bi-MOFs上具有BiOCl/Bi異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的新型BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料。該BiOCl/B

4、i/Bi-MOFs納米催化材料具有獨(dú)特的異質(zhì)結(jié)分級(jí)結(jié)構(gòu)，Bi-MOFs由BiOCl/Bi結(jié)構(gòu)覆蓋，可通過(guò)控制反應(yīng)時(shí)間，調(diào)控異質(zhì)結(jié)中BiOCl和Bi的含量，從而達(dá)到優(yōu)化其催化性能的目的。以紫外和可見(jiàn)光照下對(duì)Cr(Ⅵ)的催化還原作為模型反應(yīng)，評(píng)價(jià)了異質(zhì)結(jié)BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料的光催化性能。研究表明，BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料對(duì)Cr(Ⅵ)具有很好的催化還原性能，能分別在50 min和3h內(nèi)將Cr(Ⅵ)完

5、全還原為Cr(Ⅲ)，其對(duì)可見(jiàn)光的響應(yīng)大大增強(qiáng)，紫外光和可見(jiàn)光照下的光催化性能明顯優(yōu)于純BiOCl材料。其較高的光催化活性源于BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料較大的比表面積以及異質(zhì)結(jié)BiOCl/Bi較強(qiáng)的電子-空穴分離效率。
　　本文第二部分同樣以Bi-MOFs為前驅(qū)體，采用高溫煅燒的方法制備了Bi/Bi-MOFs納米結(jié)構(gòu)，將Bi/Bi-MOFs與FeCl3溶液反應(yīng)，得到了嫁接于Bi-MOFs上具有BiOCl/Bi異質(zhì)結(jié)

6、結(jié)構(gòu)的新型BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料。該催化材料具有獨(dú)特的納米分級(jí)結(jié)構(gòu)，Bi-MOFs表層附著B(niǎo)i納米微球和BiOCl納米片。以可見(jiàn)光下對(duì)Cr(Ⅵ)的還原作為反應(yīng)模型，評(píng)估了高溫煅燒法制備的BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料的光催化性能。研究表明，BiOCl/Bi/Bi-MOFs催化材料對(duì)Cr(Ⅵ)具有很好的催化活性，能在2.5 h內(nèi)將Cr(Ⅵ)徹底還原，其光催化性能明顯優(yōu)于純BiOCl材料。與本文第一部分氫

7、氣還原法制備的BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料相比，高溫煅燒法制備的BiOCl/Bi/Bi-MOFs納米催化材料催化活性得到明顯提升。
　　本文第三部分還從Bi-MOFs前驅(qū)體出發(fā)，在800℃下煅燒制備了Bi/Bi-MOFs納米結(jié)構(gòu)。利用Bi/Bi-MOFs與不同配比的FeCl3和FeBr3溶液反應(yīng)生成了具有不同BiOCl/BiOBr比例的異質(zhì)結(jié)BiOCl/BiOBr/Bi-MOFs納米催化材料。該催化材料具有獨(dú)特的納