可見光響應鉍基半導體材料的制備及性能研究.pdf

1、堿式碳酸鉍（Bi2O2CO3）具有毒性低、穩(wěn)定性高和催化活性好等優(yōu)點，是目前鉍基半導體材料研究領域的熱點材料之一。然而堿式碳酸鉍的禁帶較寬，不能有效地吸收利用可見光，同時光生電子和空穴對容易復合，使得在可見光條件下商業(yè)化堿式碳酸鉍的光催化活性很低。因此，有效地降低光生載流子的復合機率和增強對可見光的響應，對提高 Bi2O2CO3的光催化活性具有重要的實際意義。本文以 Bi2O2CO3為基體，通過設計異質結復合材料和非金屬摻雜兩種手段對其

2、改性。同時以尋找新型光催化材料為目的，研究了 AgBiS2在光催化和太陽能電池方面的應用。具體工作包括：
　　(1) n-n型Bi2S3/Bi2O2CO3異質結復合物的合成及性能研究
　　通過簡單的離子交換法，以商品化的Bi2O2CO3為基體，成功合成不同硫化程度的Bi2S3/Bi2O2CO3異質結光催化劑。研究表明反應體系中S2-離子的濃度能夠影響催化劑的形貌和吸光能力，5 mol％Bi2S3/Bi2O2CO3的光催化劑可

3、在30分鐘內完全降解羅丹明B。理論能帶關系、表面光電壓、熒光光譜和光電流測試等表明復合物光催化活性的提高主要歸因于異質結結構可以有效地降低光生載流子的復合機率。
　　(2) p-n型Ag2O/Bi2O2CO3異質結催化劑的合成及機理研究
　　在n-n型 Bi2S3/Bi2O2CO3異質結催化劑的研究基礎上，依據半導體物理基礎理論，設計了p-n型Ag2O/Bi2O2CO3異質結結構。并采用簡單的光化學合成法制備不同氧化銀負載量

4、的Ag2O/Bi2O2CO3異質結復合物。在可見光照射下，Ag2O/Bi2O2CO3可在12分鐘內完全降解羅丹明 B、甲基橙和甲基藍有機染料，降解效率遠高出單一的Bi2O2CO3。同時熒光光譜和光電化學測試表明：在能帶位置匹配的條件下，Bi2O2CO3與窄禁帶半導體材料形成的異質結，不但可以增加對可見光的吸收范圍，還可以降低光生電子和空穴對的復合機率，從而可進一步提高Bi2O2CO3的可見光催化效率。
　　(3)鹵素摻雜Bi2O2

5、CO3半導體材料的合成及催化性能
　　采用一步水熱法合成鹵素（Cl、Br和I）摻雜的多級花球狀Bi2O2CO3半導體催化劑。通過控制碘的加入量，可調節(jié)樣品的禁帶寬度?？梢姽鈼l件下，碘摻入量為2 mmol的Bi2O2CO3具有最好的光催化性能：在6分鐘內完全降解羅丹明B；在25分鐘內可以還原90%的六價鉻離子。進一步利用莫特―肖特基法測定催化劑的平帶電位，得到能帶結構示意圖，并結合光電化學測試結果表明：摻雜鹵素可以減小 Bi2O2C

6、O3半導體催化劑的禁帶寬度和增加晶格缺陷，有助于改善其光催化活性。
　　(4) AgBiS2納米晶的溶劑熱合成及性能研究
　　在混合溶劑中，采用溶劑熱法合成大小為7.6 nm的AgBiS2納米晶自組裝的超結構。研究了反應時間、溫度、表面活性劑的用量、醇中碳鏈長度、混合溶劑比例等條件對AgBiS2納米晶的形成和超結構的影響。探索了AgBiS2半導體材料在光催化降解有機染料和量子點敏化太陽能電池對電極方面的應用。對于量子點敏化電