基于BiOBr納米片材料的制備及其增強(qiáng)光催化性能研究.pdf

1、近些年來(lái)，環(huán)境水資源中的各種殘留的藥物類(lèi)和染料類(lèi)污染物的去除依然是環(huán)保領(lǐng)域的關(guān)鍵和熱點(diǎn)。光催化降解技術(shù)與傳統(tǒng)的生化和物理水體凈化方法相比較，具有利用綠色能源（太陽(yáng)光或人工燈源)、設(shè)備簡(jiǎn)易且操作方便、適用污染物種類(lèi)廣泛、深度反應(yīng)且無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因此被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)環(huán)保的環(huán)境凈化技術(shù)。二氧化鈦（Ti02)是研究最廣的傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料之一，無(wú)毒、穩(wěn)定性較好、光催化性能較強(qiáng)，在空氣凈化和水污染治理方面得到廣泛研究和應(yīng)用。但是Ti02僅對(duì)紫外光有

2、響應(yīng)效果，而紫外光僅占太陽(yáng)光的4％,同時(shí)Ti02內(nèi)部光生電子和空穴復(fù)合概率比較髙，限制其實(shí)際應(yīng)用。因此，當(dāng)前光催化領(lǐng)域研宄一個(gè)重點(diǎn)就是設(shè)計(jì)可見(jiàn)光響應(yīng)型髙效半導(dǎo)體光催化劑。
　　本文通過(guò)引入反應(yīng)型離子液體，溶劑熱法合成溴化氧鉍（BiOBr)納米片半導(dǎo)體材料，通過(guò)多種表征分析半導(dǎo)體材料的化學(xué)組成、微觀形貌和光學(xué)性質(zhì)等。并對(duì)BiOBr納米片進(jìn)行改性，成功合成出g-C3N4/BiOBr和FeWOa/BiOBr復(fù)合半導(dǎo)體材料，同時(shí)通過(guò)調(diào)控g

3、-C3N4和FeWO4的含量來(lái)最大程度的提升納米片狀BiOBr在可見(jiàn)光照射下降解污染物的能力。另外，本文還結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和表征測(cè)試結(jié)果分析半導(dǎo)體光催化材料可能的污染物降解機(jī)理，主要研宄內(nèi)容如下：
　　(1)以甘露醇溶液為溶劑，反應(yīng)型離子液體溴代N-丁基-N-甲基哌啶C[PP14]Br)和Bi(NO3)3+5 H2O為原料，溶劑熱法合成納米片狀BiOBr(IL)半導(dǎo)體材料，作為光催化劑。通過(guò)X射線衍射（XRD)、掃描電鏡（SEM)、透

4、射電鏡（TEM)、能譜（EDS)、X射線光電子能譜（XPS)和紫外-可見(jiàn)漫反射光譜(DRS)等表征來(lái)測(cè)試所制備催化劑的組成、元素價(jià)態(tài)、形貌以及光學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明離子液體[PP14]Br在制備過(guò)程中可作為溴源、模板劑和溶劑。瞬態(tài)光電流響應(yīng)、電化學(xué)阻抗（EIS)和分子熒光光譜（PL)測(cè)試結(jié)果顯示BiOBr(IL)納米片具有更高的光生電子和空穴的分離遷移效率?？梢?jiàn)光條件下對(duì)羅丹明B(RhB)和環(huán)丙沙星（CIP)的降解實(shí)驗(yàn)表明，離子液體的引入有

5、利于提升BiOBr材料的光催化性能。此外，結(jié)合表征結(jié)果和自由基捕獲實(shí)驗(yàn)分析其可能的光催化降解機(jī)理，其中主要參與降解的活性物種是超氧自由基和空穴。
　　(2)在反應(yīng)型離子液體體系中溶劑熱法復(fù)合g-C3N4，成功合成g-C3N4/BiOBr復(fù)合材料。通過(guò)X RD、Mapping、XPS、EDS、TEMFT-IR、DRS和瞬態(tài)光電流等測(cè)試手段分析g-C3N4/BiOBr復(fù)合光催化材料的組成、元素分布、微觀形貌、光吸收以及載流子分離效率等

6、性質(zhì)。以羅丹明B和四環(huán)素（TC)為降解底物，比較不同復(fù)合催化劑的性能，結(jié)果表明g-C3N4材料的引入有利于提升BiOBr材料的光催化降解效率，同時(shí)g-C3N4/BiOBr復(fù)合光催化劑對(duì)RhB的可見(jiàn)光催化降解反應(yīng)符合一級(jí)動(dòng)力學(xué)模擬。當(dāng)g-C3N4的復(fù)合比例為3wt%時(shí)，復(fù)合材料表現(xiàn)出最佳降解活性，對(duì)羅丹明B的降解效率達(dá)到單體BiOBr的2.3倍。此外，結(jié)合表征測(cè)試和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析g-C3N4/BiOBr復(fù)合材料可能的降解機(jī)理。
　　(

7、3)利用溶劑熱法合成FeWO4/BiOBr復(fù)合光催化材料，通過(guò)XRD、FT-IR、TEM、EDS、SEM、DRS、PL和 EIS等方法分析復(fù)合材料的組成、晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌、光學(xué)性質(zhì)等。電化學(xué)阻抗（EIS)測(cè)試結(jié)果揭示FeWO4的復(fù)合有利于光催化劑的電子傳遞，加速?gòu)?fù)合光催化劑的光生電子和空穴的分離和轉(zhuǎn)移，與分子熒光光譜（PL)測(cè)試結(jié)果相對(duì)應(yīng)。在50μLH2O2的作用下對(duì)羅丹明B污染物的降解實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光下照射20min后，3wt