鉍系薄膜材料的電化學(xué)制備及其光催化性能的研究.pdf

1、隨著人口的增長、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化的加速，人們在生產(chǎn)、生活中對水環(huán)境造成了嚴重的污染。為了緩解水資源的匱乏與水環(huán)境的污染，人們開發(fā)了多種廢水處理技術(shù)。光催化技術(shù)能夠直接利用太陽能來去除水中的有機污染物、有害細菌以及某些重金屬離子，所以它在目前被認為是一種非常有潛力的水處理技術(shù)。然而，由于TiO2等傳統(tǒng)的光催化劑只能在太陽光中的紫外光譜區(qū)響應(yīng)，使得光催化過程中太陽光的利用率較低。此外，目前光催化技術(shù)的研究中，人們制備的光催化劑大多數(shù)為納米級的

2、粉體材料，而這些粉體材料應(yīng)用到水處理中時往往難以從溶液中分離循環(huán)利用，容易團聚，這給材料的重復(fù)利用帶來了很大的難度，并且這些粉體的納米材料也可能通過排放的水體進入水環(huán)境中進而對人體產(chǎn)生潛在的健康風(fēng)險。針對上述的問題，本文探索了鉍系光催化薄膜材料的設(shè)計與電化學(xué)合成，研究了不同的制備條件對光催化材料性能的影響以及鉍系光催化劑在降解有機污染物方面的機理。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.通過簡便快速的電化學(xué)的方法合成了樹枝狀的單質(zhì)Bi膜

3、，之后通過陽極氧化使得在Bi膜的表面原位生成了BiOBr納米片，最終制得了樹枝狀的Bi/BiOBr薄膜材料。這種特殊形貌的Bi/BiOBr薄膜材料具有優(yōu)異的吸附性能并且由于單質(zhì)Bi的存在使得材料對光的吸收和光生電子與空穴的分離都得到了加強。通過XRD、SEM、DRS、手段對材料進行表征，發(fā)現(xiàn)Bi3+的濃度與施加的氧化電量能夠明顯的影響材料光催化的性能，結(jié)果表明在0.04M的Bi3+施加1.8C氧化電量的Bi/BiOBr材料在可見光照射下

4、，90min內(nèi)RhB的降解效率達到了98.9％，在材料的光催化反應(yīng)中，空穴和超氧自由基起到了主要作用。
　　2.首次將通過電化學(xué)制備的單質(zhì) Bi薄膜應(yīng)用于光催化降解無色污染物2,4-DCP，發(fā)現(xiàn)單質(zhì)Bi薄膜本身具有光催化的能力，并且通過表征結(jié)果推測了單質(zhì)Bi的能帶結(jié)構(gòu)與光催化的機理。利用XRD、SEM，DRS等表征手段對反應(yīng)前后的單質(zhì)Bi薄膜進行了表征。同時，我們發(fā)現(xiàn)調(diào)控Bi3+的濃度或者加入不同的表面活性劑都能夠影響單質(zhì)Bi的光

5、催化性能，在Bi3+離子濃度為0.03并且加入0.1g PVP所制備的單質(zhì)Bi的光催化活性最佳，在可見光照射下90min，2,4-DCP的降解率達到了76.5%。
　　3.通過電化學(xué)方法制備樹枝狀的BiOCl后，在以KI為I源用離子交換法制備了樹枝狀形貌的可見光響應(yīng)的BiOCl/BiOI復(fù)合薄膜材料。利用XRD、SEM，DRS等表征手段對反應(yīng)前后的薄膜進行了表征。復(fù)合材料在可見光照射下，90min對RhB的光催化降解率為96.2%