離子液體中磷酸鉍基材料的制備及其光催化性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體光催化材料因?yàn)槠淠芾锰?yáng)能將污染物完全轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，在環(huán)境應(yīng)用方面已經(jīng)引起了廣泛地關(guān)注。為了尋求簡(jiǎn)單而且經(jīng)濟(jì)的處理方法，相比于廣泛應(yīng)用的二氧化鈦，更多的高效光催化材料被高度期望。本文致力于開(kāi)發(fā)反應(yīng)型離子液體中形貌可控的新型高效磷酸鉍非金屬含氧酸鹽光催化材料。采用簡(jiǎn)便的水熱法合成了形貌可控的磷酸鉍光催化材料，同時(shí)還通過(guò)氮化碳修飾、煅燒、碳摻雜等方法，對(duì)磷酸鉍光催化材料的光吸收范圍和光催化活性進(jìn)行調(diào)控。另外，以環(huán)境中難降解的污

2、染物為模型，考察了制備材料的光催化性能，并通過(guò)多種表征手段，如XRD、FT-IR、DRS和TEM等，討論分析了材料的形貌、尺寸、石墨型氮化碳修飾，碳摻雜等因素對(duì)其光學(xué)性質(zhì)以及光催化性能的影響。此外，結(jié)合各種表征分析，給出材料光催化降解的本質(zhì)和可能的機(jī)理。
　　本文首先通過(guò)簡(jiǎn)單離子液體輔助溶劑熱過(guò)程，分別在去離子水（H2O），乙醇（ET），乙二醇（EG）和乙二醇甲醚（EGME）溶劑中合成出不同形貌和結(jié)構(gòu)的BiPO4光催化材料。所制備

3、樣品的光催化活性以環(huán)丙沙星（CIP）作為目標(biāo)污染物來(lái)進(jìn)行考察。結(jié)果表明，所制備的BiPO4材料在降解CIP時(shí)顯示出不同的光催化活性，這主要?dú)w因于不同溶劑下制備的BiPO4材料的形貌和結(jié)構(gòu)的差異。而且，在 H2O條件下制備的 BiPO4材料顯示出最高的光催化活性。另外，為了比較離子液體和無(wú)機(jī)鹽作為磷酸源合成 BiPO4材料的差異，選用無(wú)機(jī)鹽NaH2PO4·2H2O代替離子液體[Omim]H2PO4，同時(shí)保持其他條件不變來(lái)制備BiPO4材料

4、。研究結(jié)果顯示，在紫外光照射下降解CIP時(shí)，離子液體[Omim]H2PO4為磷酸源合成的BiPO4材料比無(wú)機(jī)鹽NaH2PO4·2H2O合成的BiPO4材料有著更高的光催化活性。該光催化活性表明通過(guò)離子液體輔助溶劑熱制備的BiPO4材料是一種有效的光催化劑，能夠在環(huán)境保護(hù)中成為有價(jià)值的光催化材料。
　　在上述BiPO4合成基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)將非金屬類(lèi)聚合石墨型氮化碳（g-C3N4）修飾在BiPO4納米結(jié)構(gòu)材料的表面，形成一種新型的異質(zhì)結(jié)結(jié)

5、構(gòu)材料。在光催化過(guò)程中，離子液體[Omim]H2PO4同時(shí)充當(dāng)溶劑、反應(yīng)物、模板和分散劑的角色，從而使得 BiPO4納米顆粒可以良好的分散在 g-C3N4的表面。所制備復(fù)合材料的光催化活性隨著 g-C3N4含量的增加存在著明顯的增強(qiáng)，且均好于 BiPO4單體的光催化活性。同時(shí)確定了g-C3N4/BiPO4復(fù)合光催化材料中g(shù)-C3N4的最佳含量，10 wt％g-C3N4/BiPO4復(fù)合光催化材料在紫外光下降解環(huán)丙沙星（CIP）和亞甲基藍(lán)（

6、MB）時(shí)表現(xiàn)出最好的的光催化活性。此外，光致發(fā)光（PL），紫外可見(jiàn)漫反射光譜（DRS）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試表明g-C3N4與BiPO4結(jié)合并均勻的分散在BiPO4表面，從而促進(jìn)了光生電子-空穴對(duì)的分離效率，增強(qiáng)了材料的光催化活性。
　　此外，本研究通過(guò)碳的引入改性磷酸鉍材料，以達(dá)到調(diào)控磷酸鉍的光吸收范圍的目的。論文主要通過(guò)葡萄糖存在下的水熱處理引入碳源，然后在500℃氮?dú)庵徐褵苽銫-BiPO4納米結(jié)構(gòu)材料。研究結(jié)果顯示，