鉍基氧化物異質(zhì)結(jié)的合成設(shè)計(jì)及其光催化性能研究.pdf

1、目前能源問題和環(huán)境問題對人們的生活影響越來越大,而光催化技術(shù)是有望解決這兩大難題的最友好的途徑。它可以直接利用太陽能來降解有毒的、難降解的有機(jī)物(如鹵代物、染料、農(nóng)藥,苯酚及其衍生物等)。光催化技術(shù)不需要人工能源,就能徹底礦化有機(jī)污染物且不會引起二次污染。開發(fā)具有可見光響應(yīng)的新型光催化劑是近年來光催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文主要進(jìn)行了基于Bi2O3及其異質(zhì)結(jié)微納米材料的制備及光催化性能的研究。具體研究內(nèi)容包括:
　　1.采用水熱法,

2、合成了草酸鉍微米棒和由納米棒自組裝而成的微米花球?？諝庵?00℃高溫煅燒2小時(shí),得到Bi2O3多孔微米棒和微米花球。研究了Bi2O3多孔結(jié)構(gòu)在模擬太陽光照射下對毒性有機(jī)物苯酚的降解反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Bi2O3多孔花球具有較好的光催化活性,2小時(shí)內(nèi)幾乎可以將苯酚完全降解。Bi2O3多孔花球高效的光催化活性歸因于它比一維Bi2O3多孔微米棒具有更大的比表面積和孔體積。探究Bi2O3多孔花球降解苯酚過程的機(jī)理表明,光生空穴和·O2?是主要的

3、活性物種。
　　2.以一維草酸鉍微米棒為模板,水熱合成一維草酸鉍/鎢酸鉍異質(zhì)結(jié)?？諝庵?00℃高溫煅燒得到結(jié)構(gòu)新穎的一維多孔Bi2O3/Bi2WO6 p-n異質(zhì)結(jié)。鎢酸鉍納米片有序地沿著軸向垂直生長在Bi2O3表面。利用X-射線粉末衍射(XRD)、場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X-射線光電子能譜學(xué)(XPS)、N2吸附/解吸和比表面積(BET)等對產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能進(jìn)行表征。在模擬太陽光以及可

4、見光的照射下,異質(zhì)結(jié)的光催化活性比單獨(dú)的Bi2O3納米棒和Bi2WO6花球都要好,這主要是由于異質(zhì)結(jié)的形成不僅拓寬了可見光的吸收范圍,并且其內(nèi)部靜電場加速了光生電子-空穴對的有效分離。同時(shí),一維有序納米結(jié)構(gòu)也有利于電子和空穴的定向遷移和分離。這項(xiàng)工作將會為在光催化應(yīng)用和光電設(shè)備方面,設(shè)計(jì)合成先進(jìn)材料提供了一個(gè)新的認(rèn)識。
　　3.以上文合成的多孔Bi2O3棒為犧牲模板,低溫水浴合成具有較高光催化活性及吸附性能的一維Bi2O2CO3/

5、Bi4O5I2/BiOI異質(zhì)結(jié)。利用XRD、FESEM、HRTEM、BET和FTIR等對產(chǎn)物的形貌、結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能進(jìn)行表征。通過在可見光下降解染料RhB來檢測催化劑的光催化性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,Bi2O2CO3/Bi4O5I2/BiOI異質(zhì)結(jié)比純BixOyIz,Bi2O3和Bi2O2CO3的催化性能都好。在Bi2O2CO3/Bi4O5I2/BiOI異質(zhì)結(jié)中,由于合適的價(jià)帶導(dǎo)帶位置,有利于光生電子-空穴對的有效傳遞和分離,從而導(dǎo)致光催化活性