磷酸鉍基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、近幾年來(lái)，生態(tài)環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，而傳統(tǒng)的治理方法因其處理成本較高、周期長(zhǎng)、效率低等缺點(diǎn)不能滿足要求。半導(dǎo)體光催化劑因其在環(huán)境治理方面的優(yōu)勢(shì)引發(fā)了越來(lái)越多的關(guān)注。作為一種含氧酸鹽催化劑，BiPO4展現(xiàn)出良好的光催化性能，然而其光響應(yīng)范圍位于紫外光區(qū)，光生電子-空穴對(duì)分離效率較低，故需要對(duì)BiPO4進(jìn)行改性來(lái)提高它的催化性能，擴(kuò)展光響應(yīng)范圍。本文中采用一步水熱法合成的BiPO4納米棒為基體，通過(guò)非金屬元素?fù)诫s、貴金屬修飾、半導(dǎo)體復(fù)合等方法

2、對(duì)BiPO4進(jìn)行改性，結(jié)合一些測(cè)試手段，對(duì)材料的晶型、微觀形貌、吸光性能進(jìn)行表征，對(duì)材料的光電轉(zhuǎn)化性能和體系中的光生電子-空穴對(duì)的分離效率和載流子的遷移速率進(jìn)行測(cè)試分析，以甲基橙(MO)為模擬污染物，對(duì)材料的光催化性能進(jìn)行測(cè)試。
　　(1)以NaN3為N源，通過(guò)一步水熱法合成了不同摻雜比的N摻雜BiPO4(N-BiPO4)。利用第一性原理，對(duì)于樣品的價(jià)帶和導(dǎo)帶的能帶位置和電子態(tài)密度進(jìn)行模擬計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，BiPO4和N-BiP

3、O4的晶型結(jié)構(gòu)相同，N3-取代了BiPO4中的O2-之后，材料的光吸收邊際發(fā)生了微弱的紅移，樣品的形貌也發(fā)生了變化。在紫外光的照射下，與純的BiPO4相比，N/Bi摩爾比為0.2的樣品的催化效率提升了50％，原因歸結(jié)為N3-的引入限制了光生電子和光生空穴的再?gòu)?fù)合，然而，過(guò)量的摻雜反而會(huì)降低樣品的光催化活性。
　　(2)在有機(jī)溶液C2H5OH中通過(guò)原位生長(zhǎng)的方法合成了核殼結(jié)構(gòu)Ag3PO4/N-BiPO4光催化劑，通過(guò)在模擬太陽(yáng)光照射

4、下降解MO的效率來(lái)評(píng)價(jià)樣品的光催化效率，Ag3PO4/N-BiPO4在光照40min后降解了95％的污染物。體系中光催化活性的提高歸因于N摻雜之后，引入的N-O雜質(zhì)能級(jí)促進(jìn)了電子-空穴對(duì)的分離效率。同時(shí)，Ag3PO4和N-BiPO4間經(jīng)過(guò)原位反應(yīng)之后生成的化學(xué)鍵，加速了電子-空穴對(duì)的分離速率。
　　(3)以硫脲為前驅(qū)體制備出了g-C3N4，在不同的反應(yīng)溫度下通過(guò)三步反應(yīng)法制備出了Z型g-C3N4/Au/BiPO4分層體系。通過(guò)降解

5、MO，評(píng)價(jià)材料的光電性能和光催化性能。與g-C3N4、BiPO4和g-C3N4/BiPO4相比，樣品g-C3N4/Au/BiPO4表現(xiàn)出了良好的光電化學(xué)性能和光催化性能。交流阻抗譜和光電流測(cè)試結(jié)果都證明了，g-C3N4/Au/BiPO4中的光電子分離速率和遷移速率較高。樣品g-C3N4/Au/BiPO4性能的提升歸因于體系中構(gòu)造的Z型結(jié)構(gòu)，在Z型體系中，經(jīng)光照之后所產(chǎn)生的載流子的分離速率加快，阻止了光照后產(chǎn)生的電子和空穴的又一次結(jié)合。值

6、得指出的是，Au顆粒不僅作為一種固態(tài)電介質(zhì)，而且在光照下吸收光子發(fā)生等離子共振效應(yīng)。
　　(4)以Bi(NO3)3·5H2O為原料，采用水熱法制備出P-N型Bi2O3/BiPO4異質(zhì)結(jié)，再將g-C3N4包覆在其表面，形成g-C3N4/Bi2O3/BiPO4材料體系，研究了樣品BiPO4、 g-C3N4/BiPO4、Bi2O3/BiPO4和g-C3N4/Bi2O3/BiPO4的光學(xué)性能、形貌和光電化學(xué)性能。在模擬太陽(yáng)光照射160mi